Quy tắc momen lực là gì? Đơn vị, công thức tính, quy tắc, ứng dụng và bài tập Momen vật lý

Momen lực là một đại lượng quen thuộc được giảng dạy trong bộ môn vật. Tuy nhiên, không phải ai cũng có sự hiểu biết đầy đủ về khái niệm này. Bài viết sắp được Bamboo School chia sẻ dưới đây nhằm giúp mọi người hiểu rõ hơn về quy tắc momen lực và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực cụ thể.

Quy tắc momen lực là gì

Quy tắc momen là gì? Đơn vị tính momen lực

Momen lực, trong lĩnh vực vật lý, được định nghĩa là sự chuyển động xoay của một vật thể xung quanh một điểm hoặc một trục. Kí hiệu của momen lực là M, và nó tỉ thuận với tích của khoảng cách từ điểm xoay đến điểm áp dụng lực và độ lớn của lực. Momen lực mở rộng khái niệm lực từ chuyển động thẳng sang chuyển động xoay của vật thể rắn.

Quy tắc momen là gì? Đơn vị tính momen lực

Công thức momen lực được biểu diễn như sau: M = r . B, trong đó r là vectơ khoảng cách từ điểm xoay O đến điểm áp dụng lực G, và B là vectơ lực có gốc tại G. Momen lực thường được xem xét dưới dạng đoạn thẳng có hướng (vectơ) và được đo lường với đơn vị là N.m (Niu-Mét) trong hệ SI.

Công thức tính momen lực

Công thức tính momen lực được biểu thức như sau: M = F.d

Trong đó:

• M: Momen lực (đơn vị là N.m).
• d: Khoảng cách từ tâm quay đến đường tác dụng của lực F (đơn vị là mét).
• F: Độ lớn của lực tác động (đơn vị là Newton).

Lưu ý:

• Để tăng momen lực, bạn có thể tăng độ lớn của lực F hoặc tăng độ dài của tay cần (khoảng cách d).
• Trong trường hợp giá của lực di chuyển qua tâm quay, khi đó khoảng cách d sẽ là 0, dẫn đến momen lực M cũng bằng 0.

Quy tắc momen lực (Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định)

Trong quy tắc về momen lực, đây là điều kiện cân bằng của một vật rắn khi có một trục quay cố định. Công thức chính của quy tắc này được biểu diễn như sau: M1 = M2 hoặc F1d1 = F2d2.

Giải thích:

• M1 và M2 là tổng momen lực tác động lên vật tại các điểm khác nhau.
• F1 và F2 là độ lớn của lực tác động.
• d1 và d2 là khoảng cách từ trục quay đến điểm tác động của lực.

Quy tắc này có thể hiểu là khi tổng momen lực tác động theo chiều kim đồng hồ bằng tổng momen tác động ngược chiều kim đồng hồ, vật sẽ ở trong trạng thái cân bằng. Quy tắc này cũng có thể áp dụng khi vật không có trục quay cố định, trong trường hợp đó, trục quay sẽ xuất hiện dựa trên điều kiện cụ thể của tình huống.

Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định – Quy tắc Momen lực

Ứng dụng của momen lực trong đời sống

Momen lực, hay đơn giản là moment, là một khái niệm quan trọng trong vật lý và có nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Dưới đây là một số ứng dụng của momen lực:

• Cân bằng và Quay đối tượng: Momen lực là quan trọng để hiểu và dự đoán cân bằng của một vật thể. Khi một vật thể đang quay, moment sẽ ảnh hưởng đến tốc độ quay và hướng quay của nó.
• Thiết kế cấu trúc: Trong kỹ thuật và kiến trúc, việc tính toán và áp dụng momen lực là quan trọng để đảm bảo tính ổn định và an toàn của các cấu trúc, như cầu, tòa nhà, hay cầu thang.
• Chuyển động cơ học: Trong động cơ học, momen lực giúp mô tả chuyển động quay của các đối tượng như bánh xe, trục, và các máy móc khác.
• Trong ôtô và hàng không: Momen lực quan trọng trong thiết kế và hiểu hiệu suất của các phương tiện di chuyển. Nó liên quan đến cân bằng, vận tốc quay và ổn định của các phương tiện này.
• Y học: Trong lĩnh vực y học, momen lực được sử dụng để đánh giá cơ học của cơ bắp, xương, và các phần khác của cơ thể. Điều này có thể ứng dụng trong việc phát triển các thiết bị hỗ trợ hoặc trong quá trình phục hồi.
• Đồ gia dụng và công nghiệp: Trong việc thiết kế và sản xuất các sản phẩm, tính toán momen lực quan trọng để đảm bảo sự ổn định và an toàn của chúng.
• Thể thao: Trong thể thao như quần vợt, golf, hay bóng đá, hiểu momen lực giúp người chơi cải thiện kỹ thuật và hiệu suất của mình.
• Điều khiển robot: Trong robot học, việc tính toán và kiểm soát momen lực là quan trọng để đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác và ổn định.

Bài tập về quy tắc Momen lực (Vật Lý 10)

Bài 1. Thanh kim loại có chiều dài l khối lượng m đặt trên bàn nhô ra một đoạn bằng 1/4 chiều dài thanh. Tác dụng lực có độ lớn 40N hướng xuống thì đầu kia của thanh kim loại bắt đầu nhô lên, lấy g=10m/s2. Tính khối lượng của thanh kim loại.

Bài 2. Một thanh AB nặng 30 kg, dài 9 m, trọng tâm tại G biết BG=6 m. Trục quay tại O biết AO=2 m, Người ta phải tác dụng vào đầu B một lực F=100 N xác định khối lượng vật treo vào đầu A để thanh nằm cân bằng. Xác định độ lớn của lực tác dụng vào O. lấy g=10m/s2.

Bài 3. Thanh AB khối lượng 25 kg, dài 7,5 m trọng tâm tại G biết GA=1,2 m. Thanh AB có thể quay quanh trục đi qua O biết OA=1,5 m. Để giữ thanh cân bằng nằm ngang thì phải tác dụng lên đầu B một lực bằng bao nhiêu? Khi đó trục quay sẽ tác dụng lên thanh một lực bằng bao nhiêu? Lấy g=10 m/s2.

Bài 4. Một thanh gỗ nặng 12 kg dài 1,5 m, một đầu được gắn cố định đi qua điểm A, thanh gỗ có thể quay xung quanh trục đi qua A, đầu còn lại được buộc vào một sợi dây sao cho phương của sợi dây thẳng đứng và giữ cho tấm gỗ nằm nghiêng hợp với phương ngang một góc α. Biết trọng tâm của thanh gỗ cách đầu A khoảng 50 cm. Tính lực căng của sợi dây và lực tác dụng điểm A của thanh gỗ. Lấy g=10 m/s2.

Bài 5. Một người nâng một tấm gỗ nặng 60 kg dài 1,5 m, Biết lực nâng hướng thẳng đứng lên trên tấm gỗ hợp với mặt đất nằm ngang một góc α, trọng tâm của tấm gỗ cách đầu mà người đó nâng 120 cm. Tính lực nâng của người đó và phản lực của mặt đất lên tấm gỗ. Lấy g=10 m/s2.

Bài 6. Một người nâng một tấm gỗ nặng 30kg dài 1,5 m, lực nâng vuông góc với tấm gỗ và giữ cho nó hợp với mặt đất nằm ngang một góc α=30o. Biết trọng tâm của tấm gỗ cách đầu mà người đó nâng 120 cm. Tính lực nâng của người đó.

Kết luận

Trên đây là tổng hợp những kiến thức về quy tắc Momen lực cũng như những bài tập về momen lực. Hy vọng sẽ giúp các bạn nắm rõ hơn về định nghĩa quy tắc momen lực này. Chúc các bạn học tốt