Lý thuyết Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn sách Kết nối tri thức hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 10.

Lý thuyết Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

I. Moment lực

1. Tác dụng làm quay của lực

- Tác dụng làm quay vật của một lực phụ thuộc vào độ lớn của lực, vị trí của trục quay và cánh tay đòn của lực.

- Cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực, kí hiệu là d. Cánh tay đòn càng lớn thì tác dụng làm quay của lực càng lớn.

2. 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

- Đơn vị của moment lực là niutơn mét (N.m).

Ví dụ:

Moment lực trong trường hợp này: M = F.d = 4.0,5 = 2 N.m

Moment lực trong trường hợp này: M = F.d = 2.0,5.cos20^o = 0,94 N.m

II. Quy tắc moment lực

1. Thí nghiệm

- Lực $\overrightarrow{F_1}$ có tác dụng làm quay cùng chiều kim đồng hồ.

- Lực $\overrightarrow{F_2}$ có tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ.

Khi đĩa cân bằng, tác dụng làm quay của hai lực cân bằng nên moment lực của hai lực trên cân bằng với nhau. Về mặt độ lớn: F₁.d₁ = F₂.d₂

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 hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

- Điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định: Tổng các moment lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.

∑M = 0

Thanh gỗ nằm cân bằng – Tổng moment lực tác dụng lên vật bằng 0

III. Ngẫu lực

1. 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.

2. Moment của ngẫu lực

- Moment của ngẫu lực M được xác định:

M = F₁d₁ + F₂d₂ 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.

IV. Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

Điều kiện cân bằng của một vật rắn là:

- 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).

Thang cân bằng khi tổng các moment tác dụng lên thang với trục quay bất kì bằng 0

IV. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một thanh AB nặng 40 kg, dài 12 m, trọng tâm tại G biết BG = 8 m. Trục quay tại O biết AO = 3 m. Người ta phải tác dụng vào đầu B một lực F = 120 N. Xác định khối lượng vật treo vào đầu A để thanh nằm cân bằng và độ lớn của lực tác dụng vào O? Lấy $g=10m/s^2$. (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 49 kg và 1013 N.

B. 39 kg và 1003 N.

C. 29 kg và 993 N.

D. 19 kg và 983 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là A

Tâm quay tại O, thanh AB nằm cân bằng suy ra: M_A = M_G + M_B

Suy ra: m_A.g.AO = m.g.OG + F.OB = 40.10.1 + 120.9 = 1480 => m_A ≈ 49,3kg

N = P_A + P + F = 493 + 400 + 120 = 1013N

Ví dụ 2: Thanh AB có khối lượng 30 kg, dài 8 m trọng tâm tại G. Biết GA = 1,5 m. Thanh AB có thể quay quanh trục đi qua O biết OA = 2 m. Để giữ thanh cân bằng nằm ngang thì phải tác dụng lên đầu B một lực bằng bao nhiêu? Khi đó trục quay sẽ tác dụng lên thanh một lực bằng bao nhiêu? Lấy $g=10m/s^2$.

A. Lực tác dụng lên đầu B là 20 N, lực tác dụng lên thanh là 320 N.

B. Lực tác dụng lên đầu B là 25 N, lực tác dụng lên thanh là 325 N.

C. Lực tác dụng lên đầu B là 30 N, lực tác dụng lên thanh là 330 N.

D. Lực tác dụng lên đầu B là 35 N, lực tác dụng lên thanh là 335 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là B

Ta có: AB = 8m, OA = 2m, OB = 6m, GA = 1,5m, GO = 0,5m

Trục quay đi qua O, để thanh nằm cân bằng thì M_G = M_B

Suy ra: mg.GO = F.OB => F = $\frac{mg.GO}{OB}=\frac{\mathrm{30.10.0},5}{6}$ = 25N

Lực tác dụng lên thanh: N = P + F = 30.10 + 25 = 325N

V. Bài tập bổ sung

Bài 1: Một người nâng một tấm gỗ nặng 60 kg, dài 1,2 m. Biết lực nâng hướng thẳng đứng lên trên tấm gỗ hợp với mặt đất nằm ngang một góc α, trọng tâm của tấm gỗ cách đầu mà người đó nâng 100 cm. Tính lực nâng của người đó và phản lực của mặt đất lên tấm gỗ? Lấy $g=10m/s^2$. 

A. Lực nâng của người là 100 N và phản lực là 500 N.

B. Lực nâng của người là 100 N và phản lực là 400 N.

C. Lực nâng của người là 150 N và phản lực là 500 N.

D. Lực nâng của người là 150 N và phản lực là 400 N.

Bài 2: Một người nâng một tấm gỗ nặng 25 kg, dài 1 m. Lực nâng vuông góc với tấm gỗ và giữ cho nó hợp với mặt đất nằm ngang một góc α = 35°. Biết trọng tâm của tấm gỗ cách đầu mà người đó nâng là 80 cm. Tính lực nâng của người đó? (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 32,6 N.

B. 42,6 N.

C. 52,6 N.

D. 62,6 N.

Bài 3: Momen lực tác dụng lên vật là đại lượng:

A. Luôn có giá trị dương.

B. Vecto.

C. Để xác định độ lớn của lực tác dụng.

D. Đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực.

Bài 4: Đơn vị của momen lực là:

A. m/s.

B. kg.m.

C. N.m.

D. N.kg.

Bài 5: Dùng cân đòn để cân một vật. Vì cánh tay đòn của cân không thật bằng nhau nên khi đặt vật ở đĩa cân bên này ta được 30 g nhưng khi đặt vật sang đĩa cân kia ta cân được 32,5 g. Tìm khối lượng đúng của vật? (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 30,2 g.

B. 30,9 g.

C. 31,2 g.

D. 32,1 g.

Bài 6: Thanh đồng chất đặt trên bàn ngang, nhô $\frac{1}{4}$ chiều dài thanh ra khỏi bàn. Treo vào đầu nhô ra một vật có trọng lượng P’ = 200 N, thanh bắt đầu nghiêng và mất cân bằng. Tìm trọng lượng của thanh?

A. 100 N.

B. 150 N.

C. 200 N.

D. 250 N.

Bài 7: Một thanh AB nặng 30 kg, dài 9 m, trọng tâm tại G biết BG = 6 m. Trục quay tại O biết AO=2 m, Người ta phải tác dụng vào đầu B một lực F = 100 N. Xác định khối lượng vật treo vào đầu A để thanh nằm cân bằng và xác định độ lớn của lực tác dụng vào O. Lấy $g=10m/s^2$.

Bài 8: Thanh AB khối lượng 25 kg, dài 7,5 m trọng tâm tại G biết GA = 1,2 m. Thanh AB có thể quay quanh trục đi qua O biết OA = 1,5 m. Để giữ thanh cân bằng nằm ngang thì phải tác dụng lên đầu B một lực bằng bao nhiêu? Khi đó trục quay sẽ tác dụng lên thanh một lực bằng bao nhiêu? Lấy $g=10m/s^2$.

Bài 9: Một người nâng một tấm gỗ nặng 60 kg dài 1,5 m. Biết lực nâng hướng thẳng đứng lên trên tấm gỗ hợp với mặt đất nằm ngang một góc α, trọng tâm của tấm gỗ cách đầu mà người đó nâng 120 cm. Tính lực nâng của người đó và phản lực của mặt đất lên tấm gỗ. Lấy $g=10m/s^2$.

Bài 10: Một người nâng một tấm gỗ nặng 30 kg dài 1,5 m, lực nâng vuông góc với tấm gỗ và giữ cho nó hợp với mặt đất nằm ngang một góc α = 30°. Biết trọng tâm của tấm gỗ cách đầu mà người đó nâng 120 cm. Tính lực nâng của người đó.

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 10 Kết nối tri thức hay khác:

• Lý thuyết Vật Lí 10 Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

• Lý thuyết Vật Lí 10 Bài 24: Công suất

• Lý thuyết Vật Lí 10 Bài 25: Động năng, thế năng

• Lý thuyết Vật Lí 10 Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

• Lý thuyết Vật Lí 10 Bài 27: Hiệu suất

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 10 hay khác:

• Giải sgk Vật lí 10 Kết nối tri thức
• Giải Chuyên đề học tập Vật lí 10 Kết nối tri thức
• Giải SBT Vật lí 10 Kết nối tri thức
• Giải lớp 10 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 10 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 10 Cánh diều (các môn học)

---