Tiêu đề BÀI 21. MONENT LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN - GV.pdf ✅

Trang 1 CHƯƠNG III. ĐỘNG LỰC HỌC BÀI 21. MOMENT LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN I. TÓM TẮT KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Moment lực Moment lực đối với trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. M = F.d F là độ lớn của lực. d là cánh tay đòn của lực hay khoảng cách từ trục quay đến giá của lực. M là moment lực. Đơn vị của moment lực là Niutơn mét (N.m). Ví dụ: Dùng búa để nhổ đinh trên tấm ván, lực làm cho búa quay cùng F chiều KĐH quanh trục quay tạm  thời O. - Dùng cờ lê để vặn đai ốc, lực làm cho F cờ lê quay ngược chiều KĐH  2. Quy tắc moment lực (hay điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định) - Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các moment lực có xu hirớng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. - Tổng các moment lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0. ∑M = 0 Câu hỏi 1. Sử dụng kiến thức moment lực giải thích vì sao chiếc bập bênh đứng cân bằng? Câu hỏi 2. Cho biết người chị (bên phải) có trọng lượng P2 300N, khoảng cách còn d2 1m, người em có trọng lượng Hỏi khoảng cách d1 phải bằng bao nhiêu để bập bênh 1P 200N. cân bằng nằm ngang? 3. Ngẫu lực a) Ngẫu lực là gì? Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng đặt vào một vật. Ngẫu lực tác dụng lên một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến. b) Moment của ngẫu lực
Trang 2 Moment của ngẫu lực: 1 1 2 2 M F.d F.d hay M F.d Trong đó F là độ lớn của mỗi lực, d là khoảng cách giữa hai giá của lực, gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực. Moment của ngẫu lực không phụ thuộc vào khoảng cách của trục quay đến giá của mỗi lực mà chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa giá của hai lực. 4. Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn - Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0. - Tổng các moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì chọn làm trục quay bằng 0 (nếu chọn một chiều quay làm chiều dương). Câu hỏi 3. Áp dụng điều kiện cân bằng tổng quát vào một cái thang dựa vào tưởng. a)Viết điều kiện cân bằng về lực. b)Viết điều kiện cân bằng về moment (đối với trục quay qua A). Câu hỏi 4. Giải thích sự cân bằng moment trong hình? II. PHÂN LOẠI BÀI TẬP DẠNG 1: BÀI TẬP MOMENT CỦA LỰC, MOMENT CỦA NGẪU LỰC. 1.1: Phương pháp giải * Trường hợp tính moment của lực F Bước 1: Xác định độ lớn của lực F. Bước 2: Xác định cánh tay đòn d của lực F (d là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực F, d tính theo đơn vị m). Bước 3: Áp dụng công thức tính moment lực: M = F.d Chú ý: Khi lực có giá F đi qua trục quay thì moment lực đối với trục quay đó là  F  0 MF   * Trường hợp tính moment của ngẫu lực Bước 1: Xác định độ lớn của mỗi lực (F1 = F2 = F). Bước 2: Xác định cánh tay đòn d của ngẫu lực. (d là khoảng cách giữa hai giá của lực, d tính theo đơn vị m). Bước 3: Áp dụng công thức tính moment ngẫu lực: M = F.d 1.2: Bài tập minh hoạ Bài 1: Biết các lực tác dụng vào thanh AB có trục quay tại A như hình vẽ. 1 2 3 F 25N,F 10N,F 10N a) Các lực tác dụng lên thanh làm cho thanh quay như thế nào? 1 2 3 F,F ,F    b) Xác định cánh tay đòn của các lực . 1 2 3 F,F ,F    c) Tính độ lớn moment của các lực đối với trục quay#A. ( 1) ( 2) ( 3) ; ; M F M F M F Lời giải. a) Lực tác dụng lên thanh làm cho thanh quay ngược chiều kim đồng hồ. F1  Lực tác dụng lên thanh làm cho thanh quay cùng chiều kim đồng hồ. F2  Lực tác dụng lên thanh không có tác dụng làm cho thanh quay vì giá của lực đi qua trục quay. F3 
Trang 3 b) Cánh tay đòn của các lực: 0 0 1 2 3 .sin 25 0,8.sin 25 0,338( ) 0,8( ) 0 d AC AB m d AB m d        c) Moment của các lực đối với trục quay A 0 1 1 1 . 25.0,8.sin25 8,45( ) MF F d   Nm 2 2 2 . 10.0,8 8( ) MF F d   Nm 3 3 3 . 10.0 0 MF F d   Bài 2: Một chiếc thước mảnh có trục quay nằm ngang đi qua trọng tâm O của thước. Dùng hai ngón tay tác dụng vào thước một ngẫu lực đặt vào hai điểm A và B cách nhau 4,5 cm và có độ lớn . Thanh 1 FA FB  N quay đi một góc . Hai lực luôn luôn nằm ngang và vẫn đặt tại A và B (hình vẽ). 0   30 a) Xác định cánh tay đòn của ngẫu lực. b) Tính momen của ngẫu lực. Lời giải. a) Cánh tay đòn của ngẫu lực: 2 0 d IB AB.cos 4,5.10 .cos30 0,039(m)      b) Moment của ngẫu lực: M  F.d  F.BI  1.0, 039  0, 039(Nm) Bài 3. Thanh AB khối lượng m, chiều dài L = 3m gắn vào tường bởi bản lề#A. Đầu B của thanh treo vật nặng 5kg. Thanh được giữ nằm ngang nhờ dây treo CD, biết lực căng dây 150N, AC = 2m, dây treo hợp với thanh AB một góc (hình vẽ). 0   45 Xác định moment của lực căng dây CD và moment lực căng dây ở đầu B. Lấy . 2 g10m/s Lời giải. Lực căng dây tác dụng lên thanh AB như hình vẽ
Trang 4 Moment của lực căng dây / . . 5.10.3 150 MTB A TB AB mB   g AB  Nm 0 / . . .sin 150.2.sin 45 150 2 MTCD A  TCD AH  TCD AC    Nm 1.3: Bài tập vận dụng Bài 1: Đặt một chiếc thước gỗ AB dài 50cm trên bàn, nâng đầu A của thước lên cao bằng lực có độ lớn 10N sao cho khi thước đang đứng yên thì nó hợp với mặt bàn một góc . Tính độ lớn của moment lực 0   30 nâng đối với đầu B của thước trong trường hợp: a) Lực nâng có phương vuông góc với đầu A của thước. b) Lực nâng có phương thẳng đứng. Bài 2: Để xiết chặt một êcu (đai ốc), người ta tác dụng lên một đầu cán cờ-lê một lực có độ lớn , F  20N khoảng cách từ trục O của êcu đến vị trí A trên cờ lê là . Tính OA 15cm độ lớn của moment lực F đối với trục của êcu trong trường hợp: a) Lực tác dụng vuông góc với cán cờ lê. b) Lực tác dụng hợp với cán cờ-lê một góc 0   60 Bài 3: Ta cần tác dụng một moment ngẫu lực 12 N.m để làm quay bánh xe như hình vẽ. Xác định độ lớn lực tác dụng vào bánh xe ở hình a và hình b. Từ đó, hãy cho biết trường hợp nào sẽ có lợi hơn về lực. Bài 4: Một vật rắn phẳng, mỏng có dạng là một tam giác đều ABC, mỗi cạnh là 20 cm. Người ta tác dụng vào vật một ngẫu lực nằm trong mặt phẳng của tam giác. Các lực có độ lớn là 8 N và đặt vào hai đỉnh A và B. Tính momen của ngẫu lực trong các trường hợp sau đây:
Trang 5 a) Các lực vuông góc với cạnh AB. b) Các lực vuông góc với cạnh AC. c) Các lực song song với cạnh AC. Lời giải. Bài 1: a) Lực nâng có phương vuông góc với đầu A của thước Cánh tay đòn của lực F là d  AB  50cm  0, 5m Moment của lực F: / . 10.0,5 5( . ) MF B Fd   Nm b) Lực nâng có phương thẳng đứng. Cánh tay đòn của lực F là 0 3 .cos 0,5.cos30 ( ) 4 d  BI  AB    m Moment của lực F: / 3 . 10. 2,5 3( . ) 4 MF B  F d   N m Bài 2: a) Lực tác dụng vuông góc với cán cờ lê M = F.d = 20.0,15 = 3 (N.m) b) Lực tác dụng hợp với cán cờ-lê một góc 0   60   0 M  Fd  F.OB  F.OA.sin  20.0,15.sin60  2,6 Nm Bài 3: a) Độ lớn của lực tác dụng vào hai điểm trên vành bánh xe 1 2 . 30( ) F F F M M F d F N d       b) Độ lớn của lực tác dụng vào hai điểm trên bánh xe 1 2 . 52,17( ) F F F M M F d F N d       Trường hợp (a) cánh tay đòn của ngẫu lực lớn thì lực tác dụng nhỏ hơn. Vậy trường hợp (a) có lợi về lực hơn. Bài 4: Áp dụng công thức tính moment ngẫu lực M = F.d a. M  F.d  F.AB  8.0, 2  1, 6Nm