btvn.vn

Moment lực, ngẫu lực và cân bằng

Lưu trên thiết bị này
Động lực học · Chọn bài khác

Vì sao cùng một lực nhưng hiệu quả quay khác nhau?

Đẩy cửa ở gần bản lề khó hơn đẩy ở tay nắm dù lực giống nhau. Tác dụng quay phụ thuộc khoảng cách từ trục đến giá của lực.

Moment lực và điều kiện cân bằng quay

Quan sát hình cùng phần giải thích bên dưới.
Hai lực đặt hai phía của trục O tạo moment ngược chiều; hình minh họa cách đọc cánh tay đòn.
Hai lực đặt hai phía của trục O tạo moment ngược chiều; hình minh họa cách đọc cánh tay đòn.
Mở hình lớn
Moment lực đối với trục quay có độ lớn: $$M=Fd.$$ $d$ là khoảng cách vuông góc từ trục quay tới giá của lực, không nhất thiết là chiều dài từ trục đến điểm đặt. Đơn vị là N·m; dù có cùng tổ hợp đơn vị với J, moment không phải công. Vật có trục quay cố định cân bằng khi tổng moment của các lực làm vật quay theo một chiều bằng tổng moment của các lực làm vật quay theo chiều ngược lại. Có thể chọn một chiều quay là dương và viết $\sum M=0$.

Tìm cánh tay đòn khi lực đặt xiên

Kéo dài đường thẳng mang vectơ lực: đó là giá lực. Từ trục quay, hạ đường vuông góc tới giá này; độ dài đoạn vuông góc là d. Nếu khoảng cách từ trục đến điểm đặt là r và góc giữa r với lực là α thì d = r sin α. Ví dụ tác dụng lực 20 N ở điểm cách trục 0,30 m, lực hợp với thanh góc 30°. Cánh tay đòn d = 0,30 sin 30° = 0,15 m, moment là 3 N·m. Nếu lực vuông góc thanh, moment mới bằng 20 × 0,30 = 6 N·m.

Ví dụ: cân bằng một thanh quanh trục

Thanh nhẹ cân bằng quanh O. Lực 20 N vuông góc thanh, cách O 0,30 m tạo moment 6 N·m. Muốn cân bằng bằng lực ở phía kia cách O 0,50 m, cũng vuông góc thanh, cần F × 0,50 = 6 nên F = 12 N. Phản lực tại O không tạo moment quanh O.

Áp dụng

Lực $10$ N tác dụng lên một thanh tại điểm cách trục quay $0{,}30$ m, nhưng **giá lực đi qua trục quay**. Moment của lực đối với trục là
Chọn một đáp án

Ngẫu lực chỉ gây tác dụng quay

Ngẫu lực gồm hai lực song song, ngược chiều, cùng độ lớn và đặt lên cùng một vật nhưng khác giá. Hợp lực của hai lực bằng không, song chúng vẫn làm vật quay. Moment của ngẫu lực được tính bằng: $$M=Fd,$$ trong đó $F$ là độ lớn của mỗi lực, $d$ là khoảng cách giữa hai giá lực. Vặn vòi nước hoặc quay vô lăng bằng hai tay là những ví dụ quen thuộc về ngẫu lực.

Áp dụng

Một ngẫu lực gồm hai lực song song, ngược chiều, cùng độ lớn $5$ N; hai giá lực cách nhau $0{,}2$ m. Moment ngẫu lực và hợp lực là
Chọn một đáp án

Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

Một vật rắn đứng yên phải đồng thời không tịnh tiến và không quay. Vì vậy cần đủ hai điều kiện: $$\sum\vec F=0,\qquad \sum M=0.$$ Có thể chọn một điểm thuận tiện làm trục tính moment, thường chọn điểm có lực chưa biết đi qua để moment của lực đó bằng không. Sau khi dùng điều kiện moment, tiếp tục dùng cân bằng lực để tìm các lực còn lại.

Ví dụ: thanh có trọng lượng

Thanh đồng chất dài 1,0 m, trọng lượng 20 N, được đỡ thẳng đứng lên ở hai đầu A và B. Một vật nặng 10 N đặt cách A 0,20 m. Hệ đứng yên, các lực đều thẳng đứng. Chọn A làm trục để lực đỡ tại A không có moment. Lực đỡ tại B tạo moment ngược với hai trọng lực: $$N_B\times1,0=20\times0,50+10\times0,20.$$ Suy ra N_B = 12 N. Cân bằng lực đứng cho N_A + N_B = 30 N, nên N_A = 18 N. Trọng lượng thanh đặt ở giữa vì thanh đồng chất; không bỏ qua khi đề chỉ nói “thanh” mà không cho “thanh nhẹ”.

Những điều cần nhớ

Cánh tay đòn là khoảng cách vuông góc đến giá lực. Cân bằng lực chưa đủ bảo đảm cân bằng quay.

Đang học