Chương III: Momen lực là gì? ngẫu lực là gì?
Chương III: Bài tập cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của các lực không song song
Momen lực là đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng làm vật quay quanh trục cố định của lực, Momen lực tỉ lệ thuận với tích độ lớn của lực và khoảng cách từ giá của lực đến trục quay.
Chương III: Momen lực là gì? ngẫu lực là gì?
1/ Momen lực đối với vật rắn có trục quay cố định
Thí nghiệm vật lý 1: Bố trí thí nghiệm mô phỏng kiểm chứng như hình minh họa dưới
Thanh nằm ngang có thể quay quanh một trục cố định được giữ cân bằng bởi hai giá đỡ.
Tiến hành thí nghiệm:
Tại vị trí số 8 để một vật khối lượng 5kg sau đó tháo giá đỡ nằm ngang ta thấy thanh sẽ quay quanh trục cố định xuống dưới. Thay vật nặng 5kg bằng vật nặng 20kg sau đó tháo giá đỡ thanh cũng quay quanh trục cố định xuống dưới tuy nhiên tốc độ quay nhanh hơn.
Kết luận 1: tại cùng một vị trí tác dụng lực vào vật rắn, tác dụng làm quay của lực tỉ lệ thuận với độ lớn của lực.
Thí nghiệm vật lý 2: Giữ nguyên khối lượng của vật nặng 20kg thay đổi vị trí đặt vật nặng sau đó tháo giá đỡ, ta nhận thấy vị trí lực tác dụng càng gần tâm quay thì tốc độ quay của vật rắn càng giảm =>
kết luận 2: với cùng một lực tác dụng, tác dụng làm quay của lực tỉ lệ thuận với khoảng cách từ tâm quay đến giá của lực.
Xem thêm video thí nghiệm momen lực
bằng nhiều thí nghiệm kiểm chứng tương tự trong thực tế người ta đưa ra định nghĩa về momen lực
Ứng dụng momen lực trong thực tế:
Người ta thường bố trí tay nắm cửa cách xa bản lền (trục quay của cánh cửa) nhằm tăng momen lực (tăng tác dụng làm quay của lực giúp ta có thể mở cửa dễ dàng hơn)
Trong kỹ thuật, người ta chế tạo ra các loại cờ lê phù hợp với các loại ốc khác nhau, cờ lê có cánh tay đòn d càng lớn sẽ mở được những loại ốc siết chặt hơn vì với cùng một lực cánh tay đòn càng lớn thì momen lực càng lớn (tác dụng làm quay càng lớn)
Lực không đổi, tăng độ dài cánh tay đòn làm tăng momen lực khiến tác dụng làm quay mạnh lên
3/ Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định, quy tắc momen lực
Thí nghiệm vật lý 3: bố trí thí nghiệm như hình vẽ
các lực tác dụng làm thanh ngang quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng các lực tác dụng làm thanh ngang quay theo chiều ngược lại nhờ đó mà thanh ngang nằm cân bằng.
Áp dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều ta xác định được hợp lực trong trường hợp này đi qua trục quay nên vật rắn sẽ không quay. Mặt khác ta có tổng momen của các lực bên trái đúng bằng tổng momen của các lực bên phải, bằng nhiều thí nghiệm kiểm chứng người ta rút ra được kết luận:
4/ Ngẫu lực:
hình minh họa về ngẫu lực gồm hệ hai lực F1=F2 song song ngược chiều cùng tác dụng vào một vật
Đối với vật rắn có trục quay cố định, nếu trục quay không trùng với trục đi qua trọng tâm của vật rắn, momen của ngẫu lực sẽ làm cho vật bị rung lắc vì vậy trong chế tạo máy người ta thường làm các động cơ quay tròn và có tâm đối xứng trùng với trục quay của vật rắn.
5/ Momen của ngẫu lực: