Giải thích chi tiết ngẫu lực là gì và bài tập thực hành ngẫu lực (Vật Lý 10)

Ngẫu lực là một trong những phần kiến thức quan trọng trong chương trình THPT nói chung và môn Vật Lý 10 nói riêng. Ngẫu lực luôn là một dạng bài khiến các em học sinh đắn đo, lo lắng khi bắt gặp trong các bài tập vận dụng. Biết được điều đó, Wikihoc đã tổng hợp lại toàn bộ trong bài giải thích chi tiết ngẫu lực là gì và bài tập thực hành ngẫu lực qua bài viết dưới đây.

Ngẫu lực là gì? 

Ngẫu lực chính là hệ của hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật

Dưới đây là một vài hình ảnh về những ví dụ của ngẫu lực:

⇒ Như vậy, khi ngẫu lực tác dụng vào một vật nào đó chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.

Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn 

Trường hợp vật không có trục quay cố định 

Trong trường hợp này dưới sự tác động của ngẫu lực sẽ làm vật quay quanh trục, đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng có chứa ngẫu lực.

Xu hướng hoạt động li tâm của các phần trên vật ở ngược phía so với trọng tâm triệt tiêu nhau nên trọng tâm sẽ đứng yên. Khi đó, lực quay qua trọng tâm sẽ không phải chịu lực tác dụng.

Trường hợp vật có trục quay cố định

Dưới sự tác dụng của ngẫu lực sẽ quay quanh trục cố định và thắt chặt đó. Trong trường hợp trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm sẽ hoạt động tròn quay xung quanh trục đó. Lúc này vật có xu thế hoạt động li tâm nên tác dụng lực vào trục quay.

Vì vậy, khi sản xuất ra những bộ phận quay của máy móc thì phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm một cách chính xác nhất. 

Công thức tính momen ngẫu lực 

Ngẫu lực chỉ tác dụng vào một lực làm cho vật đó quay chứ không tịnh tiến.

Đối với các trục quay vuông góc với mặt phẳng có chứa ngẫu lực thì momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí trục quay.

Qua đó ta có công thức tính momen ngẫu lực: 

Trong đó:

• M: Là momen lực (N.m)

• F: Là lực tác dụng (N)

• d: Là khoảng cách giữa hai giá của hai lực hay còn gọi là tay đòn của lực (m)

Nhận xét:

• Khi d = 0 => M = 0. Nếu giá của lực đi qua tâm quay thì lực không có tác dụng làm quay.

• M = F.d Nếu muốn tăng momen lực ta có thể tăng độ lớn của lực hoặc độ dài cánh tay đòn.

Xem thêm:  Giải thích quy tắc hợp lực song song cùng chiều (cực kỳ dễ hiểu)

Một số bài tập ngẫu lực (Vật Lý 10)

Vì học thường đi đôi với thực hành nên Wikihoc đã tổng hợp lại một số bài tập liên quan đến ngẫu lực từ đơn giản đến nâng cao kèm hướng dẫn. Mong rằng những bài tập dưới đây sẽ giúp các em nắm chắc kiến thức hơn. 

Bài tập số 1: Các em hãy chứng tỏ rằng tổng Momen của các lực trong ngẫu lực bằng M = F.d

Hướng dẫn giải: Xét ngẫu lực tác dụng vào vật có trục quay bất kì O

Câu hỏi số 2: Một thiết bị vũ trụ có khối lượng là 70 kg. Trong trường hợp thiết bị này cất cánh từ Mặt Trăng, lực nâng hướng thẳng đứng, lên khỏi bề mặt Mặt Trăng do động cơ tác dụng lên thiết bị là 500 N. Gia tốc rơi tự do trên bề mặt Mặt Trăng là 1,6m/m2. Các em hãy xác định:

1. Trọng lượng của thiết bị này khi trên Mặt Trăng bằng bao nhiêu? 

2. Tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng đã tác dụng lên thiết bị bằng bao nhiêu?

3. Hãy tính gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng?

Hướng dẫn giải: 

1. Trọng lượng của thiết bị này khi trên Mặt Trăng bằng: P = m.g = 70.1,6 = 112 N

2. Ta có lực nâng của động cơ: Fn = 500 N

Lực hấp dẫn của Mặt Trăng lên thiết bị: P = 112 N

Vì hai lực này cùng phương, ngược chiều nên tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng đã tác dụng lên thiết bị bằng: 

F = Fn – P = 500 -112 = 388 N

3. Gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt lên Mặt Trăng là: 

a = F/m = 388/70 = 5,33 (m/s^2) 

Câu hỏi số 3: Một người có cân nặng là 60 kg đi trên chiếc xe đạp có khối lượng là 20 kg. Khi xuất phát, hợp lực tác dụng lên chiếc xe là 200 N. Nếu như hợp lực tác dụng lên xe đạp không đổi, các em hãy tính vận tốc của chiếc xe đạp sau 5s.

Hướng dẫn giải: 

Xe đạp đi với gia tốc là: 

a = F/m = 200/(60 + 20) = 2,5 (m/s)

Vận tốc của xe đạp sau 5s sẽ là: 

v = v0 + at = 0 + 2,5.5 = 12,5 (m/s) 

Ngoài ra các em cũng có thể tự luyện một số đề nâng cao dưới đây.

Câu hỏi số 1: Một quả cầu đồng chất có trọng lượng là 6 kg được treo vào một bức tường thẳng đứng nhờ một sợi dây. Dây làm với bức tường góc α. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc với quả cầu với tường. Lấy g = 10 m/s^2. Khi đó lực căng dây có độ lớn khoảng 403 . Các em hãy xác định góc α.

Câu hỏi số 2: Một vật rắn phẳng, mỏng, có dạng là một tam giác đều ABC. Mỗi cạnh của tam giác này là a = 10cm. Người ta tác dụng vào một ngẫu lực nằm trong mặt phẳng của tam giác. Biết các lực vuông góc với cạnh AC có độ lớn 10 N và đặt vào hai đỉnh A và B. Các em hãy tính momen của ngẫu lực.

Câu hỏi số 3: Một quả bóng nhựa có trọng lượng là 40 N được treo vào một bức tường thẳng đứng nhờ một sợi dây hợp với mặt tường một góc 45. Bỏ qua ma sát ở chỗ tiếp xúc giữa quả cầu và tường. Vậy các em hãy tính phản lực của tường tác dụng lên quả cầu bằng bao nhiêu?

Câu hỏi số 4: Một vật rắn phẳng, mỏng có dạng là một tam giác đều ABC, mỗi cạnh là a = 20 cm. Người ta sử dụng vào một vật có ngẫu lực nằm trong mặt phẳng của tam giác. Các lực có độ lớn là 8 N và đặt vào hai góc là A và B. Các em hãy tính momen của ngẫu lực trong các trường hợp sau: 

1. Các lực vuông góc với AB

2. Các lực vuông góc với AC

3. Các lực song song với AC

Trên đây là tổng hợp những kiến thức cũng như bài tập liên quan đến ngẫu lực mà Wikihoc đa tổng hợp lại. Mong rằng những chia sẻ trên sẽ giúp các em có thêm nền tảng để hoàn thành tốt những bài tập trên lớp. Các em hãy theo dõi danh mục kiến thức cơ bản để cập nhập nhiều kiến thức không chỉ liên quan đến môn Vật Lý mà còn nhiều môn học khác nhé. Nếu thấy bài viết hay, các em cũng có thể ấn vào nút chia sẻ ở bên dưới để nhiều bạn hơn biết đến Wikihoc.