Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định

Câu hỏi: Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định

Lời giải:

Điều kiện cân bằng của một  vật có trục quay cố định (hay quy tắc mômen lực)

Quy tắc: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu chi tiết hơn về cân bằng của vật rắn nhé.

I. Cân bằng của một vật có trục quay cố định - Mômen lực (M)

1. Một vật có trục quay cố định khi tác dụng làm quay của các lực tác dụng lên vật cân bằng lẫn nhau.

Tác dụng của lực đối với một vật có trục quay cố định

- Lực chỉ gây ra tác dụng quay khi giá của lực không đi qua trục quay.

- Giá của lực càng xa trục quay thì tác dụng làm quay vật càng mạnh.

- Vật chỉ đứng yên nếu lực tác dụng có giá đi qua trục quay.

2. Mômen lực

M=F.d

Trong đó d là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực, được gọi là cánh tay đòn.

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

II. Điều kiện cân bằng của một  vật có trục quay cố định (hay quy tắc mômen lực)

 Quy tắc: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

- Biểu thức: M1=M2 hay F1d1=F2d2

- Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng:

F1d1+F2d2+...=F′1d′1+F′2d′2+...

Chú ý:

- Quy tắc momen lực còn được áp dụng cho cả trường hợp một vật không có trục quay cố định, khi đó ta xem vật quay quanh trục quay tức thời.

- Khi một vật rắn quay quanh một trục cố định, thì mọi điểm của vật có cùng tốc độ góc ω

+ Vật quay đều thì ω=const.

+ Vật quay nhanh dần thì ω tăng dần.

+ Vật quay chậm dần thì ω giảm dần.

Các Bài Tập & Lời Giải Bài Tập SGK Bài 18 Cân Bằng Của Một Vật Có Trục Quay Cố Định – Momen Lực

Bài tập 1 Trang 103 SGK Vật Lý Lớp 10

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?

Lời 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 với cánh tay đòn của nó.

Cánh tay đòn của lực là khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực F khi lực tác dụng có giá đi qua trục quay thì sẽ không làm cho vật quay.

M = F.d

Muốn vật không quay thì tổng các momen lực theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực theo chiều ngược kim đồng hồ.

Bài tập 2 Trang 103 SGK Vật Lý Lớp 10

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

Lời giải :

Phát biểu 1: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.

Phát biểu 2: Muốn vật có trục quay cố đinh không quay thì tổng các momen lực có xu hướng là cho vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm cho vạt quay theo chiều ngược kim đồng hồ.

Bài tập 3 Trang 103 SGK Vật Lý Lớp 10

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

a) Một người dùng xà beng để đẩy 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).

Lời giải 

Câu a: Quy tắc Momen: OB.FB=OA.FA

Câu b: Quy tắc Momen: P.OA=F.OB

Câu c: Quy tắc Momen: F.OA=P.OB

Bài tập 4 Trang 103 SGK Vật Lý Lớp 10

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 đỉnh.

Lời 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 với cánh tay đòn của nó: M = F.d

– Quy tắc momen lực: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

Giải: Gọi lực cản của gỗ tác dụng vào đinh là F’

Áp dụng quy tắc momen ta có:

F.20 = F’.2

(Đơn vị độ dài trong vật lí là m, trong trường hợp bài toàn này, do lập tỉ số nên ta không cần thiết phãi đổi đơn vị chiều dài)

Bài tập 5 Trang 103 SGK Vật Lý Lớp 10

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

Lời giải :

Theo quy tắc momen ta có:

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