Bài 21. Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Moment lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng

1. làm vật quay.
2. làm vật chuyển động tịnh tiến.
3. vừa làm vật quay vừa chuyển động tịnh tiến.
4. làm vật cân bằng.

Chọn phát biểu đúng.

1. Moment lực tác dụng lên vật là đại lượng vô hướng.
2. Moment lực đối với một trục quay được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.
3. Moment lực là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của lực.
4. Đơn vị của moment lực là N/m.

Trường hợp nào sau đây lực có tác dụng làm cho vật rắn quay quanh trục?

1. Lực có giá song song với trục quay.
2. Lực có giá cắt trục quay.
3. Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và cắt trục quay.
4. Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay.

Điền từ thích hợp vào chỗ trống.

Ngẫu lực là hệ hai lực song song || vuông góc, ngược chiều || cùng chiều, có độ lớn bằng nhau || khác nhau và cùng tác dụng vào một vật. Dưới tác dụng của ngẫu lực, chỉ có chuyển động quay || tịnh tiến của vật bị biến đổi.

Một bu lông cần moment lực 15 N.m để siết chặt. Nếu một người có khả năng tác dụng lực có độ lớn 45 N lên cờ lê theo một hướng bất kì thì chiều dài tối thiểu của cờ lê để tạo ra moment lực cần thiết là bao nhiêu?

1. 34 cm.
2. 20 cm.
3. 25 cm.
4. 31 cm.

Chọn những nhận định đúng.

1. Có thể dùng quy tắc hợp lực song song để tìm hợp lực của ngẫu lực.
2. Ngẫu lực là hệ gồm hai lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng nhau.
3. Moment của ngẫu lực được tính theo công thức: \(M=F.d\) (trong đó \(d\) là cánh tay đòn của ngẫu lực).
4. Nếu vật không có trục quay cố định chịu tác dụng của ngẫu lực thì nó sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
5. Khi lực tác dụng càng nhỏ thì moment của lực càng lớn.
6. Khi tác dụng một lực \(\overrightarrow{F}\) có giá đi qua trọng tâm của một vật thì vật đó sẽ vừa có chuyển động tịnh tiến, vừa có chuyển động quay.

Tác dụng lực \(\overrightarrow{F}\) vuông góc với cánh cửa, có độ lớn không đổi vào các vị trí khác nhau như hình dưới đây. Hỏi tác dụng lực \(\overrightarrow{F}\) lên vị trí nào thì dễ làm quay cánh cửa nhất?

1. Điểm A.
2. Điểm B.
3. Điểm C.
4. Điểm D.

Tác dụng lực \(\overrightarrow{F}\) có độ lớn như nhau vào cùng một vị trí trên vật nhưng khác hướng. Trong hình nào moment của lực \(\overrightarrow{F}\) có tác dụng làm quay vật quanh O là lớn nhất, nhỏ nhất?

Trong hình 2 || 1 || 3  moment của lực \(\overrightarrow{F}\) có tác dụng làm quay vật quanh O là lớn nhất, trong hình 1 || 2 || 3 moment của lực \(\overrightarrow{F}\) có tác dụng làm quay vật quanh O là nhỏ nhất.

Một thanh AB dài 8 m có trọng lượng 200 N có trọng tâm G cách đầu A một đoạn 2 m. Thanh có thể quay xung quanh một trục đi qua O. Biết OA = 3 m. Để thanh AB cân bằng phải tác dụng vào đầu B một lực F có độ lớn bằng

1. 40 N.
2. 20 N.
3. 30 N.
4. 50 N.

Hai lực của một ngẫu lực có độ lớn F = 5 N. Cánh tay đòn của ngẫu lực d = 30 cm. Moment của ngẫu lực là

1. 1,5 N.m.
2. 150 N.m.
3. 1,67 N.m.
4. 167 N.m.

Điền từ còn thiếu vào chỗ trống.

Hợp lực của hai lực song song, cùng chiều là một lực song song,  cùng chiều || ngược chiều    với hai lực ấy và có độ lớn bằng  tổng || hiệu    các độ lớn của hai lực thành phần:

F = F₁ + F₂ || F = |F₁ - F₂|   

Điểm đặt O của lực \(\overrightarrow{F}\) chia đoạn thẳng nối điểm đặt O₁, O₂ của \(\overrightarrow{F}_1\), \(\overrightarrow{F}_2\) thành những đoạn thẳng  tỉ lệ nghịch || tỉ lệ thuận  với độ lớn của hai lực ấy. 

Một người gánh một thúng gạo có trọng lượng 300 N và một thúng ngô có trọng lượng 200 N. Đòn gánh dài 1 m và hai thúng được treo ở sát hai đầu đòn gánh. Hỏi vai người đó phải đặt ở điểm nào, chịu một lực bằng bao nhiêu? Bỏ qua trọng lượng của đòn gánh.

​Trả lời

Vai người đó phải đặt ở điểm O cách đầu treo thúng gạo m và chịu một lực bằng N.

Tại sao trọng tâm của chiếc nhẫn lại nằm ngoài phần vật chất của vật?

Trả lời 

Xét 1 phần nhỏ của nhẫn có khối lượng ∆m, ta luôn tìm được phần khối lượng ∆m’ = ∆m và đối xứng với nhau qua tâm O của nhẫn. ∆m’ và ∆m chịu tác dụng của trọng lực tương ứng là \(\overrightarrow{P'}\) và \(\overrightarrow{P}\).

Hai lực \(\overrightarrow{P'}\) và \(\overrightarrow{P}\) là hai lực song song,  cùng chiều || ngược chiều   nên hợp lực của chúng nằm ở  tâm O   và P_hl =  P + P' || P - P' .

Xét vô số cặp khối lượng đối xứng qua O, ta được kết quả tương tự.

Kết quả tổng hợp của vô số lực song song, đối xứng nhau từng cặp sẽ là  trọng lực  của cả chiếc nhẫn và đặt tại tâm O.

Lực của người có tác dụng làm cờ lê quay || chuyển động . 

Nhận xét về khả năng lắp bu lông khi đặt lực ở các vị trí khác nhau trên cờ lê.

Lực không làm quay bu lông	Lực có làm quay bu lông	Lực dễ làm quay bu lông nhất

Nhận xét về khả năng lắp bu lông khi tác dụng các lực có độ lớn khác nhau trên cờ lê.

Trả lời: Lực  F₂ || F₁  dễ làm quay bu lông hơn.

Hình dưới mô tả một chiếc thước mảnh OA, đồng chất, dài 30 cm, có thể quay quanh trục quay cố định ở đầu O. Cho biết:

a. Thước OA quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ?

b. Moment lực đối với trục quay tại O là bao nhiêu?

Giải

a. Thước OA quay cùng || ngược  chiều kim đồng hồ.

b. Moment lực đối với trục quay tại O là: \(M=F.d=\)  N.m

Hình dưới mô tả một chiếc thước mảnh OA, đồng chất, dài 30 cm, có thể quay quanh trục quay cố định ở đầu O. Cho biết:

a. Thước OA quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ?

b. Moment lực đối với trục quay tại O là bao nhiêu?

Giải

a. Thước OA quay ngược || cùng chiều kim đồng hồ.

b. Moment lực đối với trục quay tại O là  N.m.

Hoàn thành nhận xét dưới đây.

Khi đĩa cân bằng, \(F_1.d_1\) = || < || > \(F_2.d_2\).

Nếu bỏ lực \(\overrightarrow{F}_1\) thì đĩa quay ngược || cùng chiều kim đồng hồ.

Nếu bỏ lực \(\overrightarrow{F}_2\) thì đĩa quay cùng || ngược chiều kim đồng hồ. 

Biểu thức nào phù hợp với quy tắc moment lực cho chiếc cuốc chim khi cân bằng?

1. \(F_1d_1=F_2d_2.\)
2. \(F_1d_2=F_2d_1.\)
3. \(F_1F_2=d_1d_2.\)
4. \(F_1+d_1=F_2+d_2.\)

Một cột truyền tải điện có các dây cáp dẫn điện nằm ngang ở đầu cột và được giữ cân bằng thẳng đứng nhờ dây cáp thép gắn chặt xuống đất. Biết dây cáp thép tạo góc 30o so với cột điện, các dây cáp dẫn điện tác dụng lực kéo F = 500 N vào đầu cột theo phương vuông góc với cột. Lực căng của dây cáp thép để cột điện thăng bằng là

1. 1000 N.
2. 500 N.
3. 800 N.
4. 600 N.

Điền từ còn thiếu vào chỗ trống.

Do hai lực tạo thành ngẫu lực là hai lực song song, ngược chiều và cùng độ lớn nên ngẫu lực có tác dụng làm vật  quay || chuyển động tịnh tiến  . 

Hoàn thành nhận xét dưới đây.

Moment của ngẫu lực chỉ phụ thuộc vào  khoảng cách giữa giá của hai lực  , không phụ thuộc vào điểm đặt của mỗi lực tác dụng hay  vị trí trục quay của vật || cánh tay đòn của mỗi lực .

Hai lực của một ngẫu lực có độ lớn F = 5,0 N. Cánh tay đòn của ngẫu lực d = 15 cm. Moment của ngẫu lực là

1. 0,75 N.m.
2. 0,25 N.m.
3. 0,5 N.m.
4. 1 N.m.

Xét vật có khối lượng lần lượt là m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg được đặt trên một thanh thẳng nằm ngang có khối lượng không đáng kể. Hệ nằm cân bằng trên một cạnh nêm có mặt cắt được mô tả như hình dưới. Biết d₁ = 0,6 m và g = 9,8 m/s². Độ dài của d₂ và độ lớn lực do cạnh nêm tác dụng lên thanh tại điểm tựa O lần lượt là

1. 0,4 m và 49 N.
2. 0,4 m và 53 N.
3. 0,8 m và 49 N.
4. 0,8 m và 53 N.

Lực F nên đặt vào đâu trên cán búa để nhổ đinh được dễ dàng ?

1. Ở giữa cán búa
2. Đầu cán búa xa với đầu nhổ đinh nhất
3. Đầu cán búa gần với đầu nhổ đinh nhất

Trong hình vẽ a) bên trên, thước OA quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ?

1. Chiều kim đồng hồ
2. Ngược chiều kim đồng 

Nếu bỏ lực \(\overrightarrow{F_1}\) thì đĩa quay theo chiều nào?

1. Chiều kim đồng hồ
2. Ngược chiều kim đồng hồ

Cho biết người chị (bên phải) có trọng lượng P₂ = 300 N, khoảng cách d₂ = 1 m, còn người em có trọng lượng P₁ = 200 N. Hỏi khoảng cách d₁ phải bằng bao nhiêu để bập bênh cân bằng nằm ngang?

1. d₁ = 1,5 m.
2. d₁ = 2 m.
3. d₁ = 2/3 m.
4. d₁ = 6 m.