Bài 21. Moment lực. Cân bằng của vật rắn

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Moment lực

● Moment lực đối với trục quay bằng độ lớn lực nhân cánh tay đòn.

$$\text{M=Fd}$$

● $d$ là cánh tay đòn, tức khoảng cách vuông góc từ trục quay đến giá của lực; đơn vị moment là $\mathrm{N·m}$.

● Moment lực đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực quanh một trục.

1.2. Chiều quay

● Có thể quy ước moment làm quay ngược chiều kim đồng hồ dương và cùng chiều âm.

● Dấu phải được dùng nhất quán.

● Hai lực cùng độ lớn có thể gây tác dụng quay khác nhau nếu cánh tay đòn khác nhau.

● Lực có giá đi qua trục quay có cánh tay đòn bằng không nên moment bằng không.

1.3. Điều kiện cân bằng quay

● Vật không quay khi tổng moment các lực đối với trục bằng không.

● Tổng moment theo một chiều bằng tổng moment theo chiều ngược lại.

$$\text{ΣM=0}$$

● Quy tắc moment: tổng moment làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng moment làm vật quay ngược chiều.

● Dạng đại số: $\text{ΣM=0}$ đối với trục quay được chọn.

1.4. Ngẫu lực

● Ngẫu lực gồm hai lực song song, ngược chiều, cùng độ lớn và khác giá.

● Ngẫu lực làm vật quay mà không tạo hợp lực tịnh tiến.

$$M_{\text{ngẫu}}\mathrm{=Fd}$$

● Ngẫu lực gồm hai lực song song, ngược chiều, cùng độ lớn và tác dụng lên cùng một vật.

● Hợp lực của ngẫu lực bằng không nhưng moment ngẫu lực khác không: $\text{M=Fd}$, với $d$ là khoảng cách giữa hai giá lực.

1.5. Ứng dụng

● Tay nắm cửa đặt xa bản lề để tăng moment.

● Cờ lê dài giúp tạo moment lớn với lực nhỏ hơn.

● Muốn mở cửa hoặc siết đai ốc dễ hơn, tác dụng lực xa trục quay và theo phương tạo cánh tay đòn lớn.

● Vật rắn cân bằng tổng quát khi tổng lực bằng không và tổng moment lực đối với một điểm bất kì bằng không.

2. Hiểu sâu bản chất

💡 Một lực đi qua trục quay có moment bằng không dù độ lớn lực lớn.

💡 Cân bằng tịnh tiến chưa đủ để vật rắn cân bằng; còn cần cân bằng quay.

3. Ghi nhớ nhanh

● Moment lực đối với trục quay bằng độ lớn lực nhân cánh tay đòn.

$$\text{M=Fd}$$

● Có thể quy ước moment làm quay ngược chiều kim đồng hồ dương và cùng chiều âm.

● Vật không quay khi tổng moment các lực đối với trục bằng không.

$$\text{ΣM=0}$$

● Ngẫu lực gồm hai lực song song, ngược chiều, cùng độ lớn và khác giá.

$$M_{\text{ngẫu}}\mathrm{=Fd}$$

● Tay nắm cửa đặt xa bản lề để tăng moment.

4. Lưu ý cho học sinh

● Cánh tay đòn không phải luôn là khoảng cách từ điểm đặt lực đến trục.

● Chọn cùng một trục khi lập phương trình moment.