Bài 6: Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật

I. Tổng hợp lực song song

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

F = F₁ + F₂

\(\dfrac{OO_1}{OO_2}=\dfrac{F_2}{F_1}\)

Điểm đặt O của F chia đoạn thẳng nối điểm đặt O₁, O₂ của F₁, F₂ thành những đoạn thẳng tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy (như hình vẽ bên dưới):

Sử dụng quy tắc tổng hợp hai lực song song, cùng chiều có thể giúp xác định trọng tâm của một vật và giải thích được trọng tâm của một số vật lại nằm ngoài vật đó như chiếc nhẫn, cơ thể vận động viên khi nhảy qua xà (hình bên dưới)...

Trọng tâm của vận động viên nằm trên đường nét đứt

II. Mômen lực

Đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của một lực là mômen lực của nó. Mômen M của một lực được tính bằng tích độ lớn của lực với khoảng cách từ trục quay đến đường thẳng trùng với phương của lực (giá của lực).

M = F.d

Đơn vị của mômen lực là niuton.mét (N.m)

Thanh quay trục O dưới tác động của lực

III. Ngẫu lực. Mômen ngẫu lực

Ngẫu lực là hai lực song song, ngược chiều, bằng nhau về độ lớn tác dụng vào một vật và giá của hai lực cách nhau một khoảng d. 

Mômen của ngẫu lực là tác dụng làm quay của cặp lực và có thể tính bằng tổng các mômen của mỗi lực đối với trục quay.

M = F.d

Trong đó :

M là mômen của ngẫu lực

F = F₁ = F₂  

d là khoảng cách giữa hai giá của hai lực F₁ ,F₂

Hình trên biểu diễn lực của người lái xe làm cho vô lăng quay. Hai lực này là ngẫu lực khi chúng cùng tác dụng vào cùng một vật, song song, ngược chiều, có giá cách nhau một khoảng d và có độ lớn như nhau.

IV. Điều kiện cân bằng của vật

1. Quy tắc mômen lực 

Một vật có trục quay cố định sẽ cân bằng khi tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng với tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. 

Trong quy tắc mômen lực được phát biểu ở trên thì mômen của các lực tác dụng lên vật đều được xác định đối với trục quay cố định của vật.

2. Điều kiện cân bằng của vật

Một vật cân bằng khi không có gia tốc (đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều) và không quay.

Do đó, một vật ở trạng thái cân bằng khi thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện sau :

• Hợp lực tác dụng lên vật bằng không.
• Tổng mômen của các lực tác dụng lên vật đối với trục quay bất kì bằng không.