Bài tập Bài 21. Moment lực. Cân bằng của vật rắn có đáp án

Thao tác dùng búa để nhổ đinh: Kẹp cây đinh vào giữa 2 khe nhọn của đầu nhổ đinh, bề mặt đầu đóng đinh vuông góc với mặt phẳng ngang. Dùng tay giữ chặt cán búa, dùng lực để kéo cán búa về phía mình, tạo lực kéo cây đinh lên.

- Để nhổ đinh được dễ dàng, lực $\overrightarrow{F}$ nên đặt vào điểm cuối trên cán búa (điểm xa đầu nhổ đinh nhất).

- Lực $\overrightarrow{F}$ nên có giá vuông góc với cánh tay đòn d để thao tác nhỏ đinh sẽ càng dễ hơn

- Khi đó cánh tay đòn d của lực lớn nhất.

1. Trong tình huống ở Hình 21.2a thước OA quay theo chiều kim đồng hồ.

Trong tình huống ở Hình 21.2b thước OA quay ngược chiều kim đồng hồ.

2. Đổi 50 cm = 0,5 m

- Moment lực trong Hình 21.2a: M = F.d = 4.0,5 = 2 N.

- Moment lực trong Hình 21.2b: M = F.d = 2.0,5.cos 20$^{o \approx}$0,94 N.

Coi khối lượng mỗi quả nặng là 1 đơn vị, dựa vào hình vẽ ta có thể tính được các tích:

${F}_{1}{d}_{1}=3.2=6$

${F}_{2}{d}_{2}=1.6=6$

Khi đĩa cân bằng, ta có F$_{1}$.d$_{1}$ = F$_{2}$.d$_{2}$

a) Chiếc bập bênh có thể đứng cân bằng vì tổng các moment lực tác dụng lên trục quay của chiếc bập bênh bằng không.

+ Moment lực do người chị gây ra có tác dụng làm cho bập bênh quay cùng chiều kim đồng hồ.

+ Momen lực do người em gây ra có tác dụng làm cho bập bênh quay ngược chiều kim đồng hồ.

Do đó, hai moment lực này cân bằng.

b) Để bập bênh cân bằng, tổng các moment lực tác dụng lên bập bênh phải bằng 0.

Hay:

Vậy để bập bênh cân bằng thì khoảng cách d$_{1}$ phải bằng 1,5 m.

- Khi thay đổi lực nâng $\overrightarrow{F}$ ta thấy thước quay quanh trục đi qua điểm A.

- Khi thước đang đứng yên ở vị trí như Hình 21.7, ta hoàn toàn có thể áp dụng quy tắc moment lực được.

Khi thanh cân bằng, gọi góc hợp bởi thanh AB và mặt phẳng nằm ngang là $α$:

${M}_{\overrightarrow{F}}={M}_{\overrightarrow{P}}\Leftrightarrow F.{d}_{2}=P.{d}_{1}\Leftrightarrow F.\frac{AB}{2}.\cos α=P.AB.\cos α\Leftrightarrow F=2P$

Từ đó ta có thể tính được lực nâng cần thiết để giữ cho thanh cân bằng.

Khi thanh cứng không bị trượt đi, đứng yên ta có thể coi thanh đang ở trạng thái cân bằng, lúc đó hoàn toàn có thể viết được quy tắc moment lực.

Chọn đầu A của thanh làm trục quay để viết quy tắc moment.

Lực ${\overrightarrow{F}}_{msn}$ và ${\overrightarrow{N}}_{A}$ có giá của lực đi qua trục quay A nên không có tác dụng làm quay, ta không cần viết biểu thức momen lực cho hai lực đó.

Thanh cân bằng: ${M}_{{\overrightarrow{N}}_{B}}={M}_{\overrightarrow{P}}\Leftrightarrow {N}_{B}.h=P.\frac{d}{2}$

a) Điều kiện cân bằng thứ nhất là: Tổng các lực tác dụng lên thanh cứng bằng 0.

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

b) Điều kiện câng bằng thứ hai đối với trục quay A là: Tổng các moment lực tác dụng lên thanh cứng đối với trục quay A bằng 0

${M}_{{\overrightarrow{N}}_{B}}={M}_{\overrightarrow{P}}\Leftrightarrow {N}_{B}.h=P.\frac{d}{2}$

Hình 21.9 mô tả cấu trúc bên trong của một cánh tay người đang giữ một vật nặng.

- Búi cơ cung cấp một lực hướng lên. Lực của búi cơ tác dụng làm cẳng tay quay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục quay là khớp khuỷu tay (trục quay O).

- Trọng lực hướng xuống dưới. Trọng lực của vật làm cẳng tay quay theo chiều kim đồng hồ quanh trục quay là khớp khuỷu tay (trục quay O).

Tay ta giữ được vật nặng vì moment của lực tác dụng bởi búi cơ bằng với moment lực gây ra bởi trọng lượng của vật nặng đối với khớp khuỷu tay.