Bài 21. Moment lực. Cân bằng của vật rắn

I. Moment lực

1. Tác dụng làm quay của lực

Cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực, kí hiệu là d. (như hình bên dưới)

2. Moment lực

Moment lực đối với 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 niuton mét (N.m).

II. Quy tắc moment lực

1. Thí nghiệm

Dùng một đĩa tròn có trục quay đi qua tâm O, trên mặt đĩa có những lỗ dùng để treo những quả cân. Tác dụng vào đĩa những lực \(\overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2}\) nằm trong mặt phẳng của đĩa sao cho đĩa đứng yên (hình vẽ bên dưới). Khi đó moment của lực \(\overrightarrow{F_1}\) đã cân bằng với moment của lực \(\overrightarrow{F_2.}\)

2. Quy tắc momemt lực (hay điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định)

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

Nếu chọn một chiều quay làm chiều dương thì điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định là : Tổng các moment lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.

\(\Sigma M=0\)

III. Ngẫu lực

1. Ngẫu lực là gì?

Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng đặt vào một vật.

Ngẫu lực tác dụng lên một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.

2. Moment của ngẫu lực

Vì hai lực \(\overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2}\) đều làm cho vật quay theo một chiều nên moment của ngẫu lực M được xác định :

M = F₁.d₁ + F₂.d₂ hay M = F.d

Trong đó :

F là độ lớn của mỗi lực

d là khoảng cách giữa hai giá của lực hay cánh tay đòn của ngẫu lực.

IV. Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

Muốn vật đứng yên thì trọng lực phải cân bằng với các lực khác tác dụng lên vật. Vì vậy, điều kiện cân bằng của một vật rắn là :

Một, tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0.

Hai, tổng các moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì chọn làm trục quay bằng 0 (nếu chọn một chiều quay làm chiều dương).