Công thức Moment lực đối với trục quay, quy tắc Moment lớp 10

1. Công thức Moment lực đối với trục quay là gì?

Moment 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

Đơn vị của moment lực là N.m

Ví dụ 1: Xét lực tác dụng vào mỏ lết có hướng như Hình dưới. Hãy xác định cánh tay đòn và độ lớn của moment lực. Biết F = 50 N, l = 20 cm và α = 20^o.

Lời giải:

- Cánh tay đòn: d = l.sinα = 20.sin20^o = 6,84 (cm) = 6,84.10^-2 (m)

- Độ lớn của moment lực: M = F.d = 50.6,84.10^-2 = 3,42 (N.m)

Ví dụ 2: Người ta tác dụng lực  có độ lớn 80 N lên tay quay để xoay chiếc cối xay như Hình 14P.1. Cho rằng  có phương tiếp tuyến với bề mặt cối xay, khoảng cách từ tay quay đến tâm quay là d = 40 cm. Xác định moment của lực  đối với trục quay qua tâm cối xay.

Lời giải:

- Độ lớn của moment lực: M = F.d = 80.0,4 = 32 (N.m)

Ví dụ 3: Để nhổ một cây đinh ghim vào bàn gỗ theo phương thẳng đứng như Hình dưới, ta tác dụng lực F = 150 N theo phương song song với mặt bàn. Búa có thể quay quanh trục quay vuông góc với mặt phẳng hình vẽ tại điểm O, khoảng cách từ điểm đặt tay đến mặt bàn là 24 cm và khoảng cách từ đinh đến trục quay là 3 cm. Xác định lực do búa tác dụng lên đinh.

Lời giải:

Gọi lực do búa tác dụng lên đinh là F’

Áp dụng quy tắc moment lực ta có: F.d = F’.d’.sinα ( d: khoảng cách từ giá của lực F đến trục quay, d’ là khoảng cách từ đầu búa đến trục quay)

⇒ 150.0,3 = F’.0,05.sin 30⁰

⇒ F’ = 1800 (N).

2. Quy tắc Moment

Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.

M₁ + M₂ + ... = M'₁ + M'₂ + ...

Ví dụ 1: Một xe đẩy chuyển vật liệu có cấu tạo như hình dưới. Tổng khối lượng vật liệu và xe là 100 kg. Áp dụng quy tắc moment, tính lực nâng đặt vào tay cầm để giữ xe thăng bằng. Lấy g = 9,8 m/s².

Lời giải:

Xét trục quay đi qua trục bánh xe. Lực nâng của tay có tác dụng làm xe quay cùng chiều kim đồng hồ trongkhi trọng lực có tác dụng làm xe quay ngược chiều kim đồng hồ.

Áp dụng quy tắc moment lực, ta có: F.d₁ =  P.d₂ 

Ví dụ 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 như hình dưới. Biết dây cáp thép tạo góc 30^o so với cột điện, các dây cáp dẫn điện tác dụng lực kép F = 500 N vào đầu cột theo phương vuông góc với cột. Xác định lực căng của dây cáp thép để cột điện thăng bằng.

Lời giải:

Xét trục quay đi qua điểm tựa của cột điện lên mặt đất, lực căng của cáp dẫn điện làm cột điện quay theo chiều kim đồng hồ, lực căng của dây cáp thép có tác dụng chống lại sự quay này.

Áp dụng quy tác moment lực, ta có:

F.h = T.h.sin30^o (h là chiều cao của cây cột điện)

⇒ T = 2F = 2.500 =  1000 (N)