Đầy đủ toàn bộ lý thuyết và bài tập Momen lực Vật lý lớp 10

1. Momen lực là gì?

1.1 Thí nghiệm cân bằng của một vật sẽ có trục quay cố định - Momen lực

Cho một đĩa tròn có trục quay qua tâm O, trên đĩa thiết kế lỗ dùng để treo quả cân. Tác dụng vào đĩa 2 lực là $\vec{F_1}$ và $\vec{F_2}$ nằm trong mặt phẳng của đĩa nhưng đĩa vẫn phải đứng yên. Nếu không xuất hiện lực $\vec{F_2}$ thì lực  $\vec{F_1}$ sẽ làm cho đĩa quay theo chiều của kim đồng hồ. Với trường hợp ngược lại, nếu không xuất hiện lực  $\vec{F_1}$ thì lực  $\vec{F_2}$ sẽ làm cho đĩa quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Đĩa đó đứng yên bởi vì có sự cân bằng giữa tác dụng làm quay của lực  $\vec{F_1}$ và tác dụng làm quay của lực  $\vec{F_2}$

 

 

1.2 Định nghĩa Momen lực

Trước khi tìm hiểu những kiến thức sâu hơn, chúng ta cùng tìm hiểu momen lực là gì. Đối với một trục quay, momen lực chính là một đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và sẽ được tính bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. Công thức tính momen lực: M = F.d

Trong đó:

• F là kí hiệu độ lớn của lực tác dụng (đơn vị: N)
• d là kí hiệu khoảng cách từ trục quay đến giá của lực và còn được gọi là cánh tay đòn của lực (đơn vị: m)
• M chính là momen lực (đơn vị momen lực: N.m)

 

Ví dụ về momen lực: Tay nắm cửa được lắp đặt xa bản lề nhằm tăng momen lực.

 

2. Quy tắc Momen lực (Điều kiện để cân bằng của một vật có trục quay cố định)

a) Quy tắc

Để một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các momen lực có xu hướng làm cho vật quay theo chiều của kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

Biểu thức là: $F_1$.$d_1$=$F_2$.$d_2$ hay M1 = M2

 

 

Với trường hợp mà vật phải chịu nhiều lực tác dụng ta có:

Có $F_1$.$d_1$ + $F_2$.$d_2$ +… = $F_1'$.$d_1'$ + $F_2'$.$d_2'$ + … 

 

b) Chú ý

Quy tắc momen còn được áp dụng với trường hợp là một vật không có trục quay cố định mà ở trong một tình huống cụ thể nào đó thì ở vật sẽ xuất hiện trục quay.

 

 

Nếu ta không tác dụng một lực  $\vec{F_2}$ vào cán, thì dưới tác dụng của lực  $\vec{F_1}$ của tảng đá, chiếc cuốc sẽ quay quanh một trục quay O và đi qua điểm tiếp xúc giữa cuốc với mặt đất.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng

3. Bài tập ôn luyện kiến thức về Momen lực Vật lý 10

3.1. Bài tập tự luận

Bài 1: Momen lực với một trục quay là gì? Cánh tay đòn của lực là gì?

Khi nào lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định nhưng không làm cho vật quay ?

Giải:

Momen lực với một trục quay là một đại lượng đặc trưng thể hiện tác dụng làm quay của lực và sẽ được tính bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. Cánh tay đòn chính là khoảng cách tính từ giá của lực đến trục.

M = F.d   

Để vật không quay thì tổng của các momen lực theo chiều của kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực theo chiều ngược kim đồng hồ.

 

Bài 2: Hãy trình bày điều kiện cân bằng của một vật sẽ có trục quay cố định (hay còn là quy tắc momen lực):

Giải:

Để vật có trục quay cố định mà lại không quay thì tổng của các momen lực phải có xu hướng là để vật quay theo chiều của kim đồng hồ và phải bằng tổng các momen lực với xu hướng để vật quay theo chiều ngược kim đồng hồ.

 

Bài 3: Hãy áp dụng quy tắc momen lực vào các trường hợp dưới đây:

a) Một người đang sử dụng xà beng để đẩy hòn đá.

b) Một người nhấc càng của xe cút kít lên.

c) Một người cầm hòn gạch ở trên tay.

Giải:

a) Ta có biểu thức: $F_A$.OA = $F_B$.OB

b)

Gọi O là trục quay ở bánh xe cút kít

$d_1$ là khoảng cách được tính từ trục quay đến giá của trọng lực  $\vec{P}$ ;

$d_2$ là khoảng cách được tính từ trục quay đến giá của lực  $\vec{F}$ .

 

c) Gọi O là trục quay

$d_1$ chính là khoảng cách tính từ O đến giá của lực  $\vec{F}$

$d_2$ chính là khoảng cách tính từ O đến giá của trọng lực $\vec{P}$

Ta sẽ có biểu thức : F.$d_1$ = P.$d_2$

 

Bài 4: Một người sử dụng búa để nhổ một chiếc đinh như hình bên dưới. Khi người này tác dụng một lực = 100 N vào đầu búa thì chiếc đinh bắt đầu chuyển động. Hãy xác định lực cản của gỗ tác dụng lên đinh.

Giải:

Ta sử dụng quy tắc momen

Ta có phương trình: F. $d_1$ = $F_C$. $d_2$                 (1)

Với F=100N thì ta có:

$d_1$= 20cm = 2.$10^{-1}$ m 

$d_2$ = 2cm = 2.$10^{-2}$ m

Từ (1)  => $F_C$ = F.$\frac{d_1}{d_2}$

= 100. $\frac{2.10^{-1}}{2.10^{-2}}$ = 1000 N 

Vậy suy ra được $F_C$ = 1000 N

 

Bài 5: Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân như hình dưới đây.

Giải:

Theo quy tắc momen ta có:

P_{hộp sữa}.$l_1$ = P_{quả cân}. $l_2$  

Với $l_1$, $l_2$ là hai cánh tay đòn của chiếc cân.

⇒  m_hộp x g x $l_1$ = mquả cân x g x $l_2$

Do có thì $l_1$ = $l_2$ =>  m_{hộp sữa} = m_{quả cân}

Vậy nguyên tắc hoạt động của cân dựa vào quy tắc momen.

 

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Một thanh đồng chất có trọng lượng kí hiệu là P được gắn với tường bằng một bản lề và được giữ nằm ngang bằng một dây treo thẳng đứng. Xem xét momen lực với bản lề. Hãy lựa chọn câu khẳng định đúng.

 

    A. Momen lực căng > momen trọng lực

    B. Momen lực căng < momen trọng lực

    C. Momen lực căng = momen trọng lực

    D. Lực căng dây = trọng lượng thanh.

 

Câu 2: Một thanh AB dài 7,5 m có trọng lượng là 200 N và có trọng tâm G cách đầu A một đoạn là 2 m. Thanh có khả năng quay xung quanh một trục đi qua O. Biết rằng độ dài OA là 2,5 m. Để AB cân bằng thì phải tác dụng vào đầu B một lực F với độ lớn là bao nhiêu?

    A. 120 N.

    B. 125 N.

    C. 10 N.

    D. 20 N.

 

Câu 3: Một cây xà nằm ngang có chiều dài 10m và trọng lượng 200 N. Một đầu xà gắn với tường, đầu kia được giữ bằng sợi dây tạo với phương nằm ngang một góc 600. Xác định lực căng của sợi dây.

    A. 20 N.

    B. 150 N.

    C. 116 N.

    D. 175 N.

 

Câu 4: Một cái thước kí hiệu AB dài 1m đặt trên một mặt bàn nhẵn nằm ngang, có trục qua O cách A một khoảng bằng 80cm. Một lực $F_1$ = 4 N tác dụng vào đầu A theo phương vuông góc với thước và lực thứ hai là $F_2$ tác dụng lên đầu B của thước và theo phương vuông góc với thước (không thấy trên hình). Cho biết các lực đều nằm ở trên mặt phẳng nằm ngang. Hỏi lực $F_2$ có hướng và độ lớn như thế nào nếu thước không chuyển động

   A. bằng 0.

   B. cùng hướng với $F_1$ với độ lớn $F_2$ = 1,6 N.

   C. cùng hướng với  $F_1$ với độ lớn $F_2$ = 16 N.

   D. ngược hướng với $F_1$ với độ lớn $F_2$ = 16 N.

 

Câu 5: Một cái thước kí hiệu AB đặt trên một mặt bàn nhẵn nằm ngang, có trục quay O cách đầu A một khoảng là 80 cm. Một lực $F_1$ có độ lớn là 10 N tác dụng lên đầu A theo phương vuông góc với thước và lực $F_2$ tác dụng lên vị trí C của thước theo phương vuông góc với thước (không vẽ trên hình) và cách A một khoảng là 30 cm. Các lực đều nằm ở trên mặt phẳng nằm ngang. Hỏi lực $F_2$ có hướng và độ lớn như thế nào nếu thước không chuyển động?

   A. bằng 0.

   B. cùng hướng với F1 và độ lớn F2 = 12 N.

   C. cùng hướng với F1 và độ lớn F2 = 10 N.

   D. ngược hướng với F1 và độ lớn F2 = 16 N.

 

Câu 6: Một vật rắn khi ở trạng thái cân bằng sẽ không quay nếu tổng momen của lực tác dụng = 0. Điều này chỉ chính xác nếu mỗi momen lực tác dụng được tính với

    A. trọng tâm vật rắn.

    B. trọng tâm hình học vật rắn.

    C. cùng một trục quay và vuông góc với mặt phẳng chứa lực

    D. điểm đặt lực tác dụng.

 

Câu 7: Thước kí hiệu AB có độ dài là 100cm, trọng lượng kí hiệu là P = 10 N, trọng tâm nằm ở giữa thước. Thước có khả năng quay dễ dàng xung quanh một trục nằm ngang đi qua vị trí O với OA có độ dài 30cm. Ta cần treo vật tại đầu A có trọng lượng bằng bao nhiêu để thước cân bằng và nằm ngang?

   A. 4,35 N

   B. 5,23 N

   C. 6,67 N

   D. 9,38 N

 

Câu 8: Một thanh sắt có đặc điểm là đồng chất, dài, tiết diện đều, được đặt trên bàn để 1/4 chiều dài của nó nhô ra khỏi mặt bàn. Tại đầu nhô ra, người ta thiết kế một lực F hướng thẳng đứng xuống dưới. Khi lực đạt tới giá trị là 40 N thì đầu kia của thanh sắt sẽ bắt đầu bênh lên. Cho g = 10 m/$s^{2}$. Hãy xác định khối lượng của thanh sắt đó.

   A. 25 N

   B. 40 N

   C. 82 N

   D. 125 N

 

Câu 9: Một thanh chắn đường kí hiệu AB có độ dài là 9m, nặng 30kg, trọng tâm G cách đầu B một khoảng kí hiệu BG bằng 6m. Trục quay O cách đầu A một khoảng kí hiệu AO bằng 2m, trên đầu A được treo lên một vật nặng. Người ta phải tác dụng lên đầu B một lực F = 100 N để giữ cho thanh cân bằng và ở vị trí nằm ngang. Xác định khối lượng của vật nặng mà người ta đã treo. Cho g = 10 m/$s^{2}$.

   A. 35 kg

   B. 46 kg

   C. 50 kg

   D. 60 kg

 

Câu 10: Một người đỡ một tấm gỗ có chiều dài là 1,5 m, nặng 30 kg và giữ cho nó luôn hợp với mặt nằm ngang một góc là 60°. Biết rằng trọng tâm của tấm gỗ cách phần mà người đó nâng là 120 cm và lực nâng vuông góc với tấm gỗ đó. Xác định lực nâng của người đó.

   A. 35 N

   B. 51,98 N

   C. 243 N

   D. 30 N

 

Câu 11: Một thanh gỗ có chiều dài là 1,5 m và có cân nặng là 12 kg, một đầu được gắn vào trần nhà bằng một bản lề, đầu còn lại thì buộc vào một sợi dây và gắn lên trần nhà sao cho phương của sợi dây thẳng đứng và giữ cho tấm gỗ luôn nằm nghiêng hợp với trần nhà nằm ngang một góc là 30°. Biết rằng trọng tâm của thanh gỗ nằm cách đầu gắn bản lề một khoảng 50 cm. Xác định lực căng của sợi dây đó khi g = 10 m/s2 .

   A. 126 N

   B. 84 N

   C. 40 N

   D. 20 N

 

Câu 12: Một thanh chắn đường kí hiệu AB có chiều dài là 7,5 m và khối lượng là 25 kg, trọng tâm cách đầu A một khoảng 1,2 m. Thanh có thể quay quanh một trục nằm ngang cách đầu A một khoảng là 1,5 m. Để giữ thanh cân bằng nằm ngang thì cần tác dụng vào đầu B một lực bằng bao nhiêu? Cho g = 10 m/$s^{2}$ .

   A. 25 N

   B. 12,5 N

   C. 26,8 N

   D. 250 N

 

Câu 13: Một thanh gỗ dài 1,8 m và nặng 30 kg, một đầu được gắn với trần nhà qua một bản lề, đầu còn lại được buộc với một sợi dây và được gắn vào trần nhà để phương của sợi dây luôn thẳng đứng và giữ cho tấm gỗ nằm nghiêng hợp với trần nhà nằm ngang một góc là 45°. Biết trọng tâm của thanh gỗ cách đầu gắn sợi dây một khoảng là 60 cm. Xác định lực căng của sợi dây khi g = 10 m/$s^{2}$.

   A. 320 N

   B. 200 N

   C. 260 N

   D. 120 N

 

Câu 14: Một chiếc xà nằm ngang có chiều dài là 10 m, trọng lượng là 200 N. Một đầu xà gắn với tường, đầu còn lại được giữ bằng sợi dây và tạo với phương nằm ngang một góc là 60°. Hãy cho biết sức căng của sợi dây là bao nhiêu?

   A. 250 N

   B. 160 N

   C. 115,6 N

   D. 172 N

 

Câu 15: Một người sử dụng búa để nhổ một chiếc đinh, khi người đó tác động một lực 50 N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Biết cánh tay đòn của lực tác dụng của người đó = 20 cm và của lực nhổ đinh khỏi gỗ = 2 cm. Hãy xác định lực cản của gỗ tác dụng lên đinh.

   A. 500 N

   B. 450 N

   C. 300 N

   D. 250 N

 

Câu 16: Bánh xe với bán kính R = 50 cm và có khối lượng m = 50 kg. Xác định lực kéo tối thiểu kí hiệu là F nằm ngang đặt trên trục để bánh xe có khả năng vượt qua bậc có độ cao là h = 30 cm. Biết rằng ma sát không đáng kể và g = 10m/$s^{2}$.

   A. 2075 N

   B. 1596 N

   C. 1258 N

   D. 1146 N

 

Câu 17: Một thanh nhẹ gắn với sàn tại vị trí B và tác dụng lên đầu A một lực kéo F = 100 N theo phương ngang. Thanh đó được giữ cân bằng nhờ vào dây AC. Biết rằng α = 30°. Xác định lực căng dây AC?

   A. 220 N

   B. 300 N

   C. 200 N

   D. 160 N

 

Câu 18: Thanh AB được đặt như hình vẽ dưới đây với đầu A tựa trên sàn, đầu B được treo nhờ dây BC. Biết AB = BC = a. Tìm điều kiện của giá trị hệ số ma sát giữa thanh AB với sàn để AB được cân bằng.

   A. k < 0,56

   B. k = 0,56

   C. k < 0,67

   D. k > 0,58

 

Câu 19: Cho một chiếc thang có khối lượng m = 20 kg dựa vào chiếc tường trơn nhẵn với góc nghiêng α. Hệ số ma sát của thang với sàn là k = 0,6. Xác định các giá trị của α để giúp thang đứng yên mà không trượt trên sàn.

   A. α > 40°

   B. α < 40°

   C. α = 40°

   D. α = 60°

 

Câu 20: Cho một chiếc thang có khối lượng là m = 20 kg dựa vào chiếc tường trơn nhẵn góc nghiêng là α. Hệ số ma sát của thang với sàn là k = 0,6. Một người với khối lượng m’= 40 kg leo lên cây thang đó khi α = 45°. Hỏi người này lên được vị trí O’ nào trên thang thì thang bị trượt. Biết rằng chiều dài chiếc thang l = 2 m.

   A. O’ cách vị trí A một đoạn 2,9 m

   B. O’ cách vị trí A một đoạn 1,9 m

   C. O’ cách vị trí A một đoạn 2,3 m

   D. O’ cách vị trí A một đoạn 1,3 m

 

Bảng đáp án:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
C	D	C	C	D	C	C	B	C	D
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
C	B	B	C	A	D	C	D	A	D

 

Momen lực vật lý 10 là một phần kiến thức vô cùng quan trọng, vật có trục quay cố định thì cân bằng được nhờ vào Momen lực. Do phần kiến thức này thường hay xuất hiện trong các bài thi, VUIHOC đã tổng hợp lý thuyết và bài tập tự luận và trắc nghiệm để giúp các em ôn tập dễ dàng hơn. Để học thêm nhiều kiến thức liên quan đến môn Vật lý cũng như các môn học khác thì các em có thể truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!

>>>Xem thêm: Tổng hợp kiến thức cần nắm về Năng lượng - Lý thuyết Vật lí 10 Bài 1

>>>Xem thêm: Tổng ôn lý thuyết về công cơ học, công suất và năng lượng Vật lý 10