Giải bài tập SGK Vật lý 10 Bài 18 : Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực

Momen lực đối với một trục quay là gì? Cánh tay đòn của lực là gì? Khi nào thì lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định không làm cho vật quay?

Phương pháp giải

- Momen lực đối với một trục quay là ... của lực và cánh tay đòn của nó

- Công thức: M = F.d

Hướng dẫn giải

- Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực và cánh tay đòn của nó.

- Công thức: M = F.d

Trong đó:

+ F là lực tác dụng (N)

+ d là cánh tay đòn (m)

- Cánh tay đòn của lực là khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực

- Lực tác dụng vào một vật cố định không làm cho vật quay khi lực tác dụng có giá đi qua trục quay (khi đó d = 0)

Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay qui tắc momen lực).

Phương pháp giải

Điều kiện cân bằng: Tổng các momen lực ... làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ

Hướng dẫn giải

Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định:

Tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các monen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

Hãy vận dụng qui tắc momen lực vào các trường hợp sau:

a) Một người dùng xà beng để bẩy một hòn đá (Hình 18.3).

b) Một người cầm càng xe cút kít nâng lên (Hình 18.4).

c) Một người cầm hòn gạch trên tay (Hình 18.5).

Phương pháp giải

Qui tắc momen lực: 

+ M = F.d

+ M₁ = M₂

Hướng dẫn giải

a) FA. OA = FB. OB

b) Gọi O là trục quay của bánh xe cút kít;

- d₁ khoảng cách từ trục quay đến giá của trọng lực

- d₂ khoảng cách từ trục quay đến giá của lực

- Ta có: P. d₁ = F. d₂

c) Gọi d_F là khoảng cách từ trục quay O đến giá của lực

- Gọi d_P là khoảng cách từ trục quay O đến giá của lực

- Ta có: F. d_F = P. dp

Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh (Hình 18.6). Khi người ấy tác dụng một lực 100 N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Hãy tính lực cản của gỗ tác dụng vào đinh.

Phương pháp giải

Áp dụng quy tắc Momen lực:

 F.d_F = F_C.d_C

để tính lực cản của gỗ tác dụng vào đinh

Hướng dẫn giải

- Gọi d_F là cánh tay đòn của lực F, ta được:

d_F = 20 cm = 0,2 m

- Gọi d_C là cánh tay đòn của lực cản gỗ.

d_C = 2 cm = 0,02 m

- Áp dụng quy tắc Momen lực ta có:

 F.d_F = F_C.d_C

- Lực cản là: 

\(\begin{array}{l} F.{d_F} = {F_C}.{d_C}\\ \Rightarrow {F_C} = \frac{{100.0,2}}{{0,02}} = 1000N \end{array}\)

Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân (Hình 18.7).

Phương pháp giải

Quả cân hoạt động dựa vào nguyên tắc momen lực

Hướng dẫn giải

- Khi cân nằm cân bằng, theo qui tắc momen lực ta có:

P_{hộp sữa}. d₁ = P_{quả cân}. d₂ (với d₁ và d₂ là hai cánh tay đòn của cân)

- Vì d₁ = d₂ 

⇒ P_{hộp sữa} = P_{quả cân} 

⇒ m_{hộp sữa} = m_{quả cân}

- Vậy nguyên tắc hoạt động của cân là dựa vào quy tắc momen.