Vật Lý

Momen lực là gì ? Công thức tính Momen lực, Ứng dụng và Bài tập Momen lực Vật lý

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta bắt gặp nhiều loại lực khác nhau. Khi chúng ta đi bộ, khi chúng ta kéo cửa và thậm chí khi chúng ta đi xe đạp, chúng ta sẽ trải qua các loại lực khác nhau. Theo định nghĩa, lực là lực đẩy hoặc kéo lên một vật có khối lượng làm cho vật đó thay đổi vận tốc. Cũng giống như lực gây ra gia tốc thẳng, momen lực gây ra gia tốc góc. Hãy cùng tham khảo với hocdientu nhé !

Momen lực là gì ? Công thức tính Momen lực, Ứng dụng và Bài tập Momen lực Vật lý
Momen lực là gì ? Công thức tính Momen lực, Ứng dụng và Bài tập Momen lực Vật lý

Momen lực là gì?

Momen lực được định nghĩa là lực tác dụng lên một vật làm cho vật đó quay trên trục của nó. Điểm mà vật quay được gọi là trục quay. Về mặt toán học, Momen lực có thể được biểu thị bằng-

τ = rx F

Ở đây, τ = Mo-men xoắn

r = bán kính từ trục

F = Lực tác dụng lên vật

Momen lực

Giống như một ngoại lực cần thiết để một vật tăng tốc trong chuyển động thẳng , thì mômen cần thiết để gây ra gia tốc góc cho một vật trong chuyển động tròn. Do đó, mômen xoắn cũng có thể được định nghĩa là tương đương quay của lực tuyến tính.

Mômen là một đại lượng vectơ. Hướng của vectơ mômen phụ thuộc vào hướng của lực tác dụng lên trục của nó.

Đơn Vị của Momen lực

Đơn vị SI của Momen lực là Newton-mét (Nm).

Trong đơn vị đo lường Anh, foot-pound được sử dụng phổ biến.

Sau đây là bảng cho các đơn vị và ký hiệu khác nhau của Momen lực

Ký hiệu Momen Lực τ, M
Đơn vị SI Nm
Đơn vị cơ sở SI kg.m² / giây²
Đơn vị CGS Dyne-centimet (dyne.cm)
Công thức thứ nguyên M¹L² / T²
Các đơn vị khác Pound-lực-feet, ft.lbs

Các loại Momen lực

Có hai loại Momen lực, cụ thể là :

Momen lực tĩnh

Mômen tĩnh là mômen không tạo ra gia tốc góc.

Ví dụ ,

  1. Khi ai đó đẩy một cánh cửa đang đóng, đó là Momen lực tĩnh vì cánh cửa không quay mặc dù có tác dụng lực.
  1. Một người đạp xe đạp với tốc độ không đổi cũng là một ví dụ về mômen tĩnh vì nó không gây ra gia tốc.

Momen lực động

Mômen động là mômen gây ra gia tốc góc.

Ví dụ ,

Trục truyền động của xe đua đang tăng tốc từ vạch xuất phát mang một mômen động vì nó phải tạo ra gia tốc góc của các bánh xe khi xe đang tăng tốc dọc theo đường đua.

Công thức tính Momen Lực

Độ lớn của Momen lực được tính bằng cách xác định đầu tiên tay đòn và sau đó nhân nó với lực tác dụng.

Bây giờ, chúng ta có thể kết luận rằng mômen được tạo ra phụ thuộc vào độ lớn của lực và khoảng cách vuông góc giữa điểm mà tại đó mômen được tính và điểm của lực tác dụng. Vì vậy, về mặt toán học Momen lực được biểu thị là:

τ = Fr sinθ

trong đó, r là chiều dài của nhánh mômen và

θ là góc giữa vectơ lực và cánh tay đòn.

Góc giữa vectơ lực và cánh tay mômen

Khi, θ = 90 ° có nghĩa là góc giữa vectơ lực và cánh tay đòn là góc vuông,

Momen lực, τ = F. r sin (90 °)

= F. r (vì sin 90 ° = 1)

Hướng của Momen lực-
Hướng của vectơ Momen lực có thể được xác định bằng cách sử dụng Quy tắc ngón tay cái bên phải.

Theo quy tắc bàn tay phải, nếu bạn nắm chặt trục quay tưởng tượng của lực quay sao cho các ngón tay của bạn hướng theo hướng của lực, thì ngón tay cái mở rộng sẽ chỉ theo hướng của vectơ mômen.

Hướng của Momen lực

Ứng dụng của Momen lực

Trong mọi vật thể chịu mômen, có một điểm xoay. Một số ứng dụng được cung cấp bên dưới:

  • Cưa sắt và cờ lê
  • Con quay hồi chuyển
  • Một con lắc hoặc một chiếc dù đang áp dụng Momen lực khi đung đưa
  • Một người đi xe đạp
  • Cờ tung bay trên cột buồm.

Bài tập Momen Lực

Câu 1: Mômen lực có độ lớn bằng nhau được tác dụng vào một hình trụ rỗng và một hình cầu đặc, cả hai đều có cùng khối lượng và bán kính. Hình trụ tự do quay quanh trục đối xứng chuẩn của nó và hình cầu tự do quay quanh một trục đi qua tâm của nó. Vật nào trong hai vật sẽ có tốc độ góc lớn hơn sau một thời gian nhất định?

Trả lời: Mômen quán tính đối với hình trụ rỗng = I 1 = mr²

Mômen quán tính đối với quả cầu rắn = I 2 = 5 / 2mr²

Đối với hình cầu rỗng ta có τ = I 1 α 1

Đối với khối cầu đặc ta có τ = I 2 α 2

⇒ α 2 ⁄α 1 = I 1 ⁄ I 2 = 5⁄2> 1

Vì vậy,

α 2 > α 1

ω (t) = ω 0 + αt

Vận tốc góc (ω) tại một thời điểm nhất định sẽ lớn hơn đối với quả cầu đặc.

Câu 2: Để duy trì rôto ở tốc độ góc đều 200 rad s -1 , một động cơ cần truyền mômen xoắn 180 Nm. Công suất mà động cơ yêu cầu là bao nhiêu? 

Trả lời: Tốc độ góc của rôto, ω = 200 rad / s

Yêu cầu Momen lực, τ = 180 Nm

Công suất của rôto ( P ) liên quan đến mômen và tốc độ góc theo quan hệ:

P = τω

= 180 * 200 = 36 * 103

= 36 kw

Do đó, công suất yêu cầu của động cơ là 36 kW.

Câu hỏi 3: (a) Một hành tinh quay quanh một ngôi sao lớn theo quỹ đạo hình elip cao mà momen động lượng không đổi trên toàn bộ quỹ đạo. Đưa ra một lý do? 

(b) Mômen lực tác dụng lên hành tinh do lực hấp dẫn của mặt trời có giá trị nào?

Trả lời: (a) Một hành tinh quay xung quanh ngôi sao dưới tác dụng của lực hấp dẫn vì lực hướng tâm và không góp phần hướng tới mômen lực. Do đó trong trường hợp không có momen động lượng bên ngoài của hành tinh không đổi.

(b) Giá trị của mômen xoắn trên hành tinh do lực hấp dẫn của mặt trời là Zero.

Câu 4: (a) Trong điều kiện nào, mômen do một lực tác dụng bằng không?

(b) Nếu không có ngẫu lực bên ngoài tác dụng lên một vật thì vận tốc góc của vật đó có được bảo toàn không?

(c) Một vật đang quay với tốc độ ổn định. Một momen lực tác dụng lên vật?

Trả lời: (a) Ta biết rằng τ = rF sin θ. Nếu θ = 0 hoặc 180,

hoặc

r = 0 thì τ = 0, r = 0 tức là lực tác dụng đi qua trục quay.

(b) Không, vận tốc góc sẽ không được bảo toàn nếu không có mômen bên ngoài tác dụng lên vật. Đó là mômen động lượng sẽ được bảo toàn.

(c) Không, mômen không tác dụng lên vật thể nếu nó đang quay với tốc độ ổn định. Momen lực chỉ cần thiết để tạo ra gia tốc góc.

CÂU 5: (a) Tại sao một lực không thể cân bằng mômen?

(b) Các mômen lực bằng nhau được tác dụng lên một hình trụ và một hình cầu, cả hai đều có cùng khối lượng và bán kính. Hình trụ quay quanh trục của nó và hình cầu quay quanh một đường kính của nó. Cái nào sẽ đạt được tốc độ lớn hơn và tại sao?

Trả lời: (a) Tác dụng của ngẫu lực là sinh ra gia tốc góc và tác dụng của nó hoàn toàn khác với tác dụng của lực gây ra gia tốc thẳng. Do đó một lực duy nhất không thể cân bằng mômen quay.

(b) Tốc độ quay có được sẽ phụ thuộc vào gia tốc góc được tạo ra và được cho bởi

α = τ⁄I

trong đó, τ = Mômen xoắn, I = mômen quán tính,

Vì τ giống nhau trong cả hai trường hợp, vì vậy

Do đó, quả cầu có được tốc độ lớn hơn khối trụ là α s > α c .

Câu 6: Khi tác dụng mômen không đổi, một bánh xe quay từ trạng thái nghỉ một góc 200 ras trong 8s.

(a) Gia tốc góc của nó là bao nhiêu?

(b) Nếu tiếp tục tác dụng momen lực như cũ thì vận tốc góc của bánh xe sau 16s kể từ lúc bắt đầu sẽ là bao nhiêu?

Câu trả lời: 

Câu hỏi 7: Giải thích tại sao ma sát là cần thiết để làm cho đĩa quay theo hướng đã chỉ ra.

(a) Cho biết phương của lực ma sát tại B và cảm giác của mô men ma sát, trước khi bắt đầu lăn hoàn hảo.

(b) Lực ma sát sau khi bắt đầu lăn hoàn hảo là bao nhiêu?

Trả lời: Để quay một đĩa, chúng ta yêu cầu một momen lực chỉ có thể được cung cấp bởi một lực tiếp tuyến. Lực ma sát là lực tiếp tuyến duy nhất cần thiết để quay đĩa theo phương đã định.

  1. Lực ma sát tại B ngược chiều với vận tốc của chất điểm tiếp xúc với B, hướng sang trái. Lực ma sát phải sang bên phải. Mômen ma sát sẽ vuông góc với mặt phẳng của đĩa và hướng ra ngoài.
  2. Khi lực ma sát tại B làm giảm vận tốc của chất điểm B tiếp xúc với bề mặt. Vì vậy, quá trình lăn hoàn hảo chỉ bắt đầu khi vận tốc của điểm B bằng không. Ngoài ra, lực ma sát sẽ trở thành 0 ở giai đoạn này.

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button