Trả lời nhanh
Mômen của ngẫu lực phụ thuộc vào hai đại lượng: độ lớn F của mỗi lực và cánh tay đòn d (khoảng cách giữa hai giá của lực), theo công thức M = F.d. Mômen này không phụ thuộc vị trí của trục quay, miễn là trục vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực. Ngẫu lực chỉ làm vật quay chứ không làm vật tịnh tiến.
Ngẫu lực là gì?
Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng lên một vật tại hai điểm khác nhau. Hai lực này không cùng giá nên không triệt tiêu tác dụng của nhau lên chuyển động quay.
Ví dụ quen thuộc: hai tay xoay vô lăng ô tô, vặn nắp chai bằng hai ngón tay, vặn vòi nước hai tay cầm, dùng tua vít hay cờ lê hai tay cầm để vặn.
Mômen của ngẫu lực
Mômen của ngẫu lực được tính bằng công thức:
M = F.d
- M: mômen của ngẫu lực, đơn vị N.m;
- F: độ lớn của mỗi lực, đơn vị N;
- d: cánh tay đòn của ngẫu lực, tức khoảng cách giữa hai giá của hai lực, đơn vị m.
Vì sao M không phụ thuộc vị trí trục quay?
Giả sử trục quay đi qua điểm O nằm giữa hai giá, cách giá của lực F1 một đoạn d1 và cách giá của lực F2 một đoạn d2. Hai lực đều làm vật quay cùng một chiều, nên mômen tổng là:
M = F1d1 + F2d2 = F(d1 + d2) = F.d
Kết quả chỉ chứa F và d, không còn chứa vị trí của O. Nếu O nằm ngoài khoảng giữa hai giá thì hai mômen ngược dấu và hiệu của chúng vẫn bằng F.d. Vì vậy, dù chọn trục ở đâu, mômen ngẫu lực vẫn như nhau.
Mômen của ngẫu lực phụ thuộc vào đâu? Loại trừ các ý hay nhầm
| Yếu tố | Có ảnh hưởng đến M? | Giải thích |
|---|---|---|
| Độ lớn lực F | Có | M tỉ lệ thuận với F |
| Khoảng cách d giữa hai giá | Có | M tỉ lệ thuận với d |
| Vị trí trục quay | Không | Đã chứng minh ở trên: M = F.d |
| Khối lượng của vật | Không | Công thức không chứa khối lượng (khối lượng chỉ ảnh hưởng đến gia tốc góc) |
| Điểm đặt cụ thể của lực trên giá | Không | Trượt lực dọc theo giá không đổi d nên không đổi M |
Lỗi hay gặp: nhiều bạn lấy d là khoảng cách giữa hai điểm đặt. Thực ra d là khoảng cách giữa hai giá của lực, tức đoạn vuông góc với cả hai giá. Chỉ khi hai lực vuông góc với đường nối hai điểm đặt thì hai khoảng này mới trùng nhau.
Ý nghĩa của ngẫu lực
- Chỉ gây chuyển động quay: hai lực cùng độ lớn, ngược chiều nên hợp lực bằng 0, trọng tâm không có gia tốc, vật không tịnh tiến.
- Tác dụng quay phụ thuộc M: M càng lớn, vật càng dễ quay nhanh dần. Muốn vặn chặt hay nới lỏng một ốc, ta tăng F hoặc tăng d (dùng cờ lê dài hơn, tay cầm rộng hơn).
- Tiện lợi trong thực tế: tay lái, tua vít, khoá vặn, chìa khoá xoay đều dùng ngẫu lực để tạo mômen quay mà không đẩy lệch trục, nên trục ít bị uốn.
- Với vật có trục quay cố định: ngẫu lực làm vật quay quanh trục đó. Trục chỉ chịu hợp lực bằng 0 nên không chịu thêm lực đẩy ngang.
- Với vật không có trục cố định: ngẫu lực làm vật quay quanh trục đi qua trọng tâm.
Mẹo nhớ: ngẫu lực = “hai lực – một vòng quay”. Chữ “ngẫu” là “đôi”, nên có đôi lực thì chỉ có quay mà không tịnh tiến.
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Một người dùng hai tay tác dụng lên vô lăng đường kính 40 cm hai lực song song, ngược chiều, mỗi lực 15 N, đặt tại hai đầu một đường kính. Tính mômen ngẫu lực.
Giải. Hai lực đặt ở hai đầu đường kính và vuông góc với đường kính, nên d = 40 cm = 0,4 m. M = F.d = 15 × 0,4 = 6 N.m.
Ví dụ 2. Giữ nguyên lực 15 N nhưng thay vô lăng bằng loại đường kính 30 cm. M thay đổi thế nào?
Giải. M’ = 15 × 0,3 = 4,5 N.m, nhỏ hơn trước. Vô lăng nhỏ hơn thì cần lực lớn hơn để có cùng mômen.
Bài luyện tập
- Một ngẫu lực có F = 8 N, khoảng cách giữa hai giá là 12 cm. Tính mômen.
Đáp án: M = 8 × 0,12 = 0,96 N.m. - Muốn tạo mômen 3 N.m bằng ngẫu lực có F = 10 N thì cánh tay đòn d bằng bao nhiêu?
Đáp án: d = M/F = 3/10 = 0,3 m = 30 cm. - Nếu tăng gấp đôi cả độ lớn lực lẫn khoảng cách giữa hai giá thì mômen ngẫu lực tăng bao nhiêu lần?
Đáp án: M’ = 2F × 2d = 4F.d = 4M, tăng 4 lần.
Câu hỏi thường gặp
Mômen của ngẫu lực phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Phụ thuộc vào độ lớn F của mỗi lực và khoảng cách d giữa hai giá của lực, theo công thức M = F.d. Không phụ thuộc vị trí trục quay.
Đơn vị của mômen ngẫu lực là gì?
Đơn vị là niutơn mét (N.m), vì M bằng tích của lực (N) với khoảng cách (m).
Vì sao ngẫu lực không làm vật tịnh tiến?
Hai lực của ngẫu lực song song, ngược chiều và cùng độ lớn nên hợp lực bằng 0. Vì vậy trọng tâm vật không có gia tốc, vật chỉ quay.
Cánh tay đòn của ngẫu lực là gì?
Là khoảng cách giữa hai giá của hai lực trong ngẫu lực, đo theo phương vuông góc với các giá đó.