Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Bài 18: Cân bằng vật có trục quay cố định. Momen lực

Câu 2 :Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song. 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
Câu 1 : Nêu quy tắc tìm hợp lực của hai lực có giá đồng qui 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
 Câu 1 : Nêu quy tắc tìm hợp lực của hai lực đồng qui 
Đáp án : Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng qui tác dụng lên một vật rắn: 
Ta phải trượt hai véc tơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng qui 
Rồi áp dụng qui tắc hình bình hành để tìm hợp lực. 
 Câu 2 : Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song. 
 Đáp án : Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì : 
 + Ba lực đó phải đồng phẵng và đồng qui. 
 + F 12 = - F 3 
“HÃY CHO TÔI MỘT ĐIỂM TỰA, TÔI SẼ NHẤC BỔNG TRÁI ĐẤT” 
Acsimet , một nhà cơ học thiên tài thời cổ , người đã khám phá ra các định luật về đòn bẩy 
BÀI 18: 
 CÂN BẰNG VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
 I – CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ 
ĐỊNH MOMEN LỰC 
III - ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH (QUY TẮC MOMEN LỰC) 
F 1 
I – CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
1) Thí nghiệm 
 Nếu chỉ có lực F 1 tác dụng lên vật , vật sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ 
F 1 = 1N 
F 2 = 0,5 N 
I – CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
1) Thí nghiệm 
F 2 
F 1 = 1N 
F 2 = 0,5 N 
 Nếu chỉ có lực F 2 tác dụng lên vật , vật sẽ quay c ùng chiều kim đồng hồ 
Thay đổi giá của F 2 vật sẽ quay cùng chiều kim đồng hồ 
F 2 
II – CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
1) Thí nghiệm 
Vậy nếu đồng thời tác dụng lên đĩa hai lực F 1 và F 2 thì dĩa sẽ như thế nào ? Có cân bằng không ? 
I– CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
F 1 
F 2 
F 1 = 1N 
 d 1 = 0,02m 
 F 1 d 1 = 1.0,02 = 0,02 Nm 
F 2 = 0,5N 
d 2 = 0,04m 
 F 2 d 2 = 0,5.0,04 = 0,02Nm. 
 F 1 d 1 = F 2 d 2 
d 1 
d 2 
Đĩa đứng yên cân bằng vì tác dụng làm quay của F 1 
Bằng tác dụng làm quay của lực F 2 
I– CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
1) Thí nghiệm 
F 1 
F 2 
Lần 2 thay đổi giá của lực F 2 
F 1 = 1N 
d 1 = 0,02m 
 F 1 d 1 = 1.0,02 = 0,02Nm 
F 2 = 0.5N 
d 2 = 0,04m 
 F 2 d 2 = 0,05.0,04 = 0,02Nm 
 F 1 d 1 = F 2 d 2 
Thay đổi F,d và thấy tích F.d càng lớn thì tác dụng làm quay của lực càng mạnh 
Đĩa đứng yên cân bằng vì tác dụng làm quay của F 1 
Bằng tác dụng làm quay của lực F 2 
F 1 
F 2 
d 1 
d 2 
F 1 = 1N 
 d 1 = 0,03m 
 F 1 d 1 = 1.0,03 = 0,03 Nm 
F 2 = 0,5N 
d 2 = 0,06m 
 F 2 d 2 = 0,5.0,06 = 0,03Nm. 
 F 1 d 1 = F 2 d 2 
Đĩa chỉ cân bằng khi tác dụng làm quay của hai lực này bằng nhau 
Từ đó , vấn đề đặt ra là ta hãy tìm một đại lượng có thể đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực , và đại lượng này phải có giá trị như nhau đối với hai lực F 1 và F 2 trong các thí nghiệm trên . 
* Định nghĩa : 
Momen lực 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 
d(m ): cánh tay đòn ( khoảng cách từ trục quay đến giá của lực theo ph ương vuông góc ) 
II – CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. 
 MOMEN LỰC 
1) Thí nghiệm 
2) Momen lực 
 Nhận xét 
F 
d 
O 
F(N) độ lớn của lực 
M(N.m ) momen lực 
 N . m 
(Nm) 
M phụ thuộc vào các yếu tố nào ? 
M = 0 khi nào ? 
Lực có giá cắt trục quay 
 d = 0 M = 0 khoâng laøm quay vaät 
 
Lực có giá cắt trục quay 
 d = 0 M = 0 
Lực có giá song song với trục quay không gây ra tác dụng quay 
I . TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐỐI VỚI VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH 
Lực có giá vuông góc với trục quay tác dụng làm quay là lớn nhất 
F 
d 
O 
F = 20N 
d = 0,2m 
Momen của lực F đối với trục quay O là 
M = F.d = 20.0,2 = 4Nm 
Vận dụng 
F = 20N, khoảng cách từ trục quay đến giá của lực là 20 cm. Tìm momen lực F 
Đĩa chỉ câng bằng khi F 1 d 1 = F 2 d 2 M 1 = M 2 
Nghĩa là momen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng momen làm vật quay theo chiều ngược lại 
F 1 
F 2 
O 
F 1 
F 2 
F 1 
O 
F 3 
F 2 
d 1 
d 2 
d 3 
Thanh cân bằng khi : 
F 1 d 1 = 
M 1 = M 2 + M 3 
Vật rắn chịu nhiều lực tác dụng 
+ F 3 d 3 
 F 2 d 2 
III - ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH (QUY TẮC MOMEN LỰC) 
1)Quy tắc momen : 
 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 lại 
Biểu thức : 
Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng : 
F 1 d 1 +F 2 d 2 + = F 1 ’ d 1 ’ + F 2 ’ d 2 ’ +  
F 1 d 1 = F 2 d 2 hay M 1 = M 2 
Quy tắc momen lực còn được áp dụng khi vật c ó trục quay tạm thời 
2) Chú ý: 
III – ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY 
CỐ ĐỊNH (QUY TẮC MOMEN LỰC) 
1)Quy tắc momen : 
d 2 
d 1 
0 
F 1 
F 2 
2) Chú ý: 
 (H.18.2 SGK ) 
III) ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH (QUY TẮC MOMEN LỰC) 
Cánh tay đòn d 2 > d 1 thì F 2 < F 1 bấy nhiều lần 
F 1 d 1 = F 2 d 2 hay M 1 = M 2 
F 1 d 1 =F 2 d 2 
F 1 
F 2 
d 1 
d 2 
O 
P =60 000 000 000 000 000 000 000 000 N = 6.10 25 N 
 d 2 =100 000 000 000 000 000 000 000d 1 = 10 23 d 1 
s 1 = 1cm thì đầu mút kia sẽ vạch trong không gian một cung “ vĩ đại ”, dài : s 2 = 1 000 000 000 000 000 000 = 10 18 km 
 t = 1/3 .10 10 s 
 * Momen lực đối với một trục quay 
 đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và 
 đo bằng M = Fd 
 d(m ) c ánh tay đòn 
 F ( N) độ lớn của lực 
 M ( N.m ) : momen lực 
 * Quy tắcmomen : Vật có trục quay cố định cân bằng : 
TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI HỌC 
Bài 4 : Một người dung búa để nhổ một chiếc đinh . Khi người ấy tác dụng một lực 100N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động . Hãy tìm lực cản của gỗ tác dụng lên đinh 
Củng cố : 
o 
F 2 
d 1 = 20cm 
Giải : 
Khi đinh bắt đầu chuyển động thì 
Momen của búa xem như bằng momen cản của đinh 
 M F1/o = M F2/o 
 F 1 d 1 = F 2 d 2 F 2 = 
d 2 = 2cm 
F 1 
F 1 d 1 
d 2 
= 1000N