Với giải sách bài tập Vật Lí 10 Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn sách Kết nối tri thức hay, chi tiết giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập trong SBT Vật Lí 10. Mời các bạn đón xem:

Giải SBT Vật Lí lớp 10 Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Câu hỏi 21.1 trang 37 SBT Vật lí 10: Trường hợp nào sau đây, lực có tác dụng làm cho vật rắn quay quanh trục?

A. Lực có giá song song với trục quay.

B. Lực có giá cắt trục quay.

C. Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và cắt trục quay.

D. Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Moment lực: M = F.d với F là lực tác dụng, d là khoảng cách từ trục quay tới giá của lực.

Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay thì có tác dụng làm cho vật rắn quay quanh trục.

Câu hỏi 21.2 trang 37 SBT Vật lí 10: Biết F₁ = 25 N, F₂ = 10 N, F₃ = 10 N. Moment của các lực trong Hình 21.1: $M_{\left(F1\right)};M_{\left(F2\right)};M_{\left(F3\right)}$đối với trục quay lần lượt là

A -8 N.m; 8,5 N.m; 0.

B. -0,8 N.m; 8,5 N.m; 0.

C. 8 N.m; 8,5 N.m; 0.

D. 8,5 N.m; -8 N.m; 0.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Chọn chiều dương là chiều ngược chiều quay của kim đồng hồ và áp dụng công thức: M = F.d.

Ta có:

$$\begin{gathered} M_{F_1}=F_1{d}_1=\mathrm{25.0,80.}\sin {25}^0=\mathrm{8,5}N.m \\ {M}_{F_2}=-F_2{d}_2=-\mathrm{10.0,80}=-8N.m \\ {M}_{F_3}=F_3{d}_3=10.0=0N.m \end{gathered}$$

Câu hỏi 21.3 trang 38 SBT Vật lí 10: Một thanh đồng chất có chiều dài L, trọng lượng 200 N, treo một vật có trọng lượng 450 N vào thanh như hình 21.2. Các lực $\overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2}$của thanh tác dụng lên hai điểm tựa có độ lớn lần lượt là

A. 212 N; 438 N.

B. 325 N; 325 N.

C. 438 N; 212 N.

D. 487,5 N; 162,5 N.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Các lực thành phần theo phương Oy cân bằng nhau như hình dưới.

F₁ + F₂ - 200 - 450 = 0     (1)

Áp dụng quy tắc moment lực đối với trục quay tại A:

$\frac{L}{2}\mathrm{.200.}\sin {90}^{\circ }+\frac{3L}{4}\mathrm{.450.}\sin {90}^{\circ }=L{F}_2.\sin {90}^{\circ }$(2)

Từ (1) và (2) suy ra $F_1=212N;F_2=438N$

Câu hỏi 21.4 trang 38 SBT Vật lí 10: Một đường ống đồng chất có trọng lượng 100 N, chiều dài L, tựa trên điểm tựa như Hình 21.3. Khoảng cách x và phản lực F_R của điểm tựa tác dụng lên đường ống là

Hình 21.3

A. x = 0,69L; F_R = 800 N.

B. x = 0,69L; F_R = 400 N.

C. x = 0,6L; F_R = 552 N.

D. x = 0,6L; F_R = 248 N.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Áp dụng quy tắc momen lực đối với trục quay tại A hình dưới:

$$\begin{gathered} x\mathrm{.200.}\sin {90}^{\circ }+\left(x-\frac{L}{2}\right)\mathrm{.100.}\sin {90}^{\circ }-\left(L-x\right)\mathrm{.500.}\sin {90}^{\circ }=0 \\ \Rightarrow 800x=550L\Rightarrow x=\mathrm{0,69}L \end{gathered}$$

Các lực thành phần theo phương Oy cân bằng nhau:

$F_R-200-100-500=0\Rightarrow F_R=800N$

Câu hỏi 21.5 trang 38 SBT Vật lí 10: Một thanh có độ dài L, trọng lượng 10 N, được treo nằm ngang vào tường như Hình 21.4. Một trọng vật 20 N treo ở đầu thanh. Dây treo làm với thanh một góc$\alpha ={30}^o$. Xác định lực căng của dây treo.

Lời giải:

Áp dụng điều kiện cân bằng đối với trục quay tại O, ta có:

$$\begin{gathered} 0.N+OH.T=\frac{L}{2}.P+L{P}_1 \\ \iff L\sin \alpha .T=\frac{{\displaystyle L}}{{\displaystyle 2}}.P+L{P}_1\iff T=\frac{{\displaystyle \frac{{\displaystyle P}}{{\displaystyle 2}}+P_1}}{{\displaystyle \sin \alpha }}=\frac{{\displaystyle 5+20}}{{\displaystyle \sin {30}^o}}=50N \end{gathered}$$

Câu hỏi 21.6 trang 38 SBT Vật lí 10: Một tấm ván nặng 150 N được bắc qua một con mương. Biết trọng tâm G của tấm ván cách điểm tựa A một khoảng là 2 m và cách điểm tựa B một khoảng 1 m (Hình 21.5). Hãy xác định lực mà tấm ván tác dụng lên hai bờ mương.

Lời giải:

Hai đầu của tấm ván tác dụng lên hai bờ mương là ${\overrightarrow{F}}_A,{\overrightarrow{F}}_B$ . Ta có:

$$\begin{gathered} \frac{F_A}{F_B}=\frac{GB}{GA}=\frac{1}{2};F_A+F_B=150N \\ \Rightarrow F_A=50N;F_B=100N \end{gathered}$$

Câu hỏi 21.7 trang 39 SBT Vật lí 10: Một thanh chắn đường dài 8 m, có trọng lượng 220 N và có trọng tâm cách đầu bên trái 1,5 m (Hình 21.6). Thanh có thể quay quanh một trục nằm ngang ở cách đầu bên trái 1,8 m. Để giữ thanh cân bằng thì phải tác dụng vào đầu bên phải một lực bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Quy tắc cân bằng:$\frac{F}{P}=\frac{GO}{OB}\Rightarrow F=P.\frac{GO}{OB}=220.\frac{\mathrm{1,8}-\mathrm{1,5}}{8-\mathrm{1,8}}\approx \mathrm{10,6}N$

Câu hỏi 21.8 trang 39 SBT Vật lí 10: Một thanh OA có khối lượng không đáng kể, chiều dài 30 cm, có thể quay dễ dàng quanh trục nằm ngang O. Gắn vào điểm giữa C một lò xo. Người ta tác dụng vào đầu A một lực F = 20 N hướng thẳng đứng xuống dưới (Hình 21.7). Khi thanh ở trạng thái cân bằng, lò xo có phương vuông góc với OA và OA hợp với phương nằm ngang một góc 30°.

a) Xác định độ lớn phản lực $\overrightarrow{N}$  của lò xo vào thanh.

b) Tính độ cứng k của lò xo, biết lò xo bị nén lại 10 cm so với ban đầu.

Lời giải:

a) Ta có:$N.OC=F.OA.cos30°\iff N.\frac{OA}{2}=F.OA.\cos {30}^0$

$\Rightarrow N=2.F.cos{30}^0=\mathrm{2.20.}\frac{\sqrt{3}}{2}=\mathrm{34,6}N$

b) Lò xo bị nén 10 cm, lò xo ở trạng thái cân bằng nên phản lực và lực đàn hồi có độ lớn bằng nhau.

$k=\frac{F_{dh}}{\Delta \mathcal{l}}=\frac{N}{\Delta \mathcal{l}}=\frac{\mathrm{34,6}}{\mathrm{0,1}}=346N/m$

Câu hỏi 21.9 trang 39 SBT Vật lí 10: Một cái thước AB = 1,2 m đặt trên mặt bàn nhẵn nằm ngang, có trục quay O cách đầu A một khoảng 80 cm (Hình 21.8). Một lực F₁ = 5 N tác dụng lên đầu A theo phương vuông góc với thước và lực thứ hai tác dụng lên đầu B của thước theo phương vuông góc với thước (không vẽ trên hình). Các lực đều nằm trên mặt phẳng nằm ngang. Nếu thước không chuyển động thì lực tác dụng vào đầu B của thước có hướng và độ lớn như thế nào?

Lời giải:

Để thước không chuyển động tức là thước đang ở trạng thái cân bằng.

$M_{F_1}=M_F\iff F_1.OA=F.OB\iff F=\frac{F_1.OA}{OB}=\frac{\mathrm{5.0,8}}{\mathrm{1,2}-\mathrm{0,8}}=10N$

Lực $\overrightarrow{F_1}$  có tác dụng làm thanh quay theo chiều kim đồng hồ, để thanh cân bằng thì lực F tác dụng lên đầu B phải có tác dụng làm thanh quay ngược chiều kim đồng hồ. Vậy lực tác dụng lên đầu B cùng phương, cùng chiều với $\overrightarrow{F_1}$ .

Câu hỏi 21.10 trang 39 SBT Vật lí 10: Một thanh dài AO, đồng chất, có khối lượng 1,2 kg. Một đầu O của thanh liên kết với tường bằng một bản lề, còn đầu A được treo vào tường bằng một sợi dây AB. Thanh được giữ nằm ngang và dây làm với thanh một góc $\alpha ={30}^o$(Hình 21.9). Lấy g = 10 m/s². Tính lực căng của dây.

Lời giải:

Thanh có trục quay cố định O, chịu tác dụng của 3 lực $\overrightarrow{P},\overrightarrow{T}$  và $\overrightarrow{Q}$ .

Áp dụng quy tắc momert lực, ta được:$M_T^{\left(O\right)}=M_P^{\left(O\right)}$

$\Rightarrow$T.OH = P.OG

$\Rightarrow T\frac{1}{2}.OA=P\frac{1}{2}.OA$

$\Rightarrow$T = P = mg = 1,2.10 = 12N.

Xem thêm các bài giải sách bài tập Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Bài tập cuối chương 3

Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

Bài 24: Công suất

Lý thuyết Moment lực. Cân bằng của vật rắn

I. Moment lực

1. Tác dụng làm quay của lực

- Cánh tay đòn là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực kí hiệu d

Ví dụ: Cánh tay đòn d là khoảng cách từ vị trí điểm tì của búa đến phương tác dụng lực bàn tay lên cán búa.

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.

$\text{M = F. d}$

- Đơn vị của moment lực là Niutơn 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 $\overrightarrow{{\text{F}}_1}$ và $\overrightarrow{{\text{F}}_2}$ nằm trong mặt phẳng của đĩa sao cho đĩa đứng yên.

Khi đó moment của lực $\overrightarrow{{\text{F}}_1}$ đã cân bằng với moment của lực $\overrightarrow{{\text{F}}_2}$

Về độ lớn ta có ${\text{F}}_{\text{1}}{\text{.d}}_{\text{1}}{\text{= F}}_{\text{2}}{\text{.d}}_{\text{2}}$

2. Quy tắc moment lực (điều kiện cân bằng của vật rắn 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 momet 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 tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.

$\sum \mathrm{M}=0$

Thanh bập bênh ở trạng thái cân bằng, tổng moment bằng không

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.

Các cặp lực ${\text{F}}_1$ và ${\text{F}}_2$ tạo thành một ngẫu lực

2. Moment của ngẫu lực

Vì hai lực $\overrightarrow{{\text{F}}_1}$ và ${\text{F}}_2$ đều làm cho vật quay theo một chiều nên moment của ngẫu lực M được xác định

${\text{M = F}}_{\text{1}}{\text{.d}}_{\text{1}}{\text{ + F}}_{\text{2}}{\text{.d}}_{\text{2}}$ hay $\text{M = F.d}$

Trong đó

+ F: là độ lớn của mỗi lực

+ d: là khoảng cách giữa hai giá của lực, gọi là cánh tay đòn của lực

IV. Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

Điều kiện cân bằng của một vật rắn là:

+ Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0

+ 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).

Ví dụ: Xét một thanh cứng tựa vào tường

+ Điều kiện cân bằng thứ nhất là tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0

$\overrightarrow{{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}}+\overrightarrow{{\mathrm{N}}_{\mathrm{B}}}+\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{msn}}}+\overrightarrow{\mathrm{P}}=0$

+Điều kiện cân bằng thứ hai đối với trục quay A

$\text{P.}\frac{1}{2}\sqrt{{\mathrm{h}}^2+{\mathrm{d}}^2}-{\mathrm{N}}_{\mathrm{B}}.\mathrm{h}=0$

( vì $\overrightarrow{{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}}$và $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{msn}}}$ đều là hai lực đi qua trục quay A nên chúng có cánh tay đòn bằng 0)