MỤC TIÊU
• Thực hiện thí nghiệm để mô tả được tác dụng làm quay của lực.
• Nêu được: tác dụng làm quay của lực lên một vật quanh một điểm hoặc một trục được đặc trưng bằng mômen lực.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Chúng ta đã biết, lực tác dụng vào vật có thể làm thay đổi tốc độ, hướng chuyển động hoặc làm biến dạng vật. Không những thế, lực còn có thể làm quay vật. Ví dụ, ở hình 18.1, khi đẩy hoặc kéo thì cánh cửa có thể quay quanh bản lề.
Khi nào thì lực tác dụng lên vật sẽ làm quay vật?
Lực tác dụng lên vật có thể làm quay vật quanh một trục hay một điểm cố định.
I. TÁC DỤNG LÀM QUAY CỦA LỰC
🔬 Để tìm hiểu khi nào lực tác dụng làm quay vật, em hãy thực hiện thí nghiệm dưới đây.
❖ Chuẩn bị
(1) Khớp nối và trục thép nhỏ
(2) Thanh nhựa cứng có các lỗ cách đều nhau
(3) Lực kế có thể móc vào các lỗ ở thanh nhựa
(4) Trụ thép dài gắn trên đế kim loại
❖ Tiến hành
• Lắp đặt thí nghiệm như hình 18.2.
• Điều chỉnh chiều cao của khớp nối sao cho khi nằm thẳng đứng, đầu dưới của thanh nhựa không chạm vào để kim loại.
• Khi thanh nhựa đang nằm yên dọc theo trụ thép, móc lực kế vào một lỗ của thanh nhựa và kéo nhẹ lực kế sang trái như hình 18.2, sau đó kéo sang phải. Quan sát chuyển động của thanh nhựa và đọc giá trị của lực kế.
• Đưa thanh nhựa về vị trí nằm thẳng đứng dọc theo trụ thép, móc lực kế vào một lỗ của thanh nhựa, kéo nhẹ lực kế thẳng xuống dưới, song song với thanh nhựa. Quan sát chuyển động của thanh nhựa và đọc giá trị của lực kế.
• Rút ra kết luận khi nào lực sẽ làm thanh nhựa quay quanh trục thép.
Trong thí nghiệm ở hình 18.2, lực tác dụng lên thanh nhựa có thể làm thanh nhựa quay quanh trục thép nằm ngang được giữ bởi khớp nối. Trục thép là trục quay của thanh nhựa.
Lực tác dụng lên một vật có thể làm quay vật quanh một trục hoặc một điểm cố định.
🔬 Thực hành
Rút ra kết luận khi nào lực sẽ làm thanh nhựa quay quanh trục thép.
- Khi thanh nhựa đang nằm yên dọc theo trụ thép, móc lực kế vào một lỗ của thanh nhựa và kéo nhẹ lực kế sang trái như hình 18.2, sau đó kéo sang phải. Ta thấy thanh nhựa quay quanh vị trí cố định gắn trục thép (1). (Các em tự đọc giá trị của lực kế).
- Đưa thanh nhựa về vị trí nằm thẳng đứng dọc theo trụ thép, móc lực kế vào một lỗ của thanh nhựa, kéo nhẹ lực kế thẳng xuống dưới, song song với thanh nhựa. Ta thấy thanh nhựa không chuyển động. (Các em tự đọc giá trị của lực kế).
Kết luận: Lực làm thanh nhựa quay quanh trục thép khi lực tác dụng vào vật có giá không song song và không cắt trục quay.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
1. Khi thực hiện các thao tác thí nghiệm, vì sao cần phải kéo nhẹ lực kế?
Cần phải kéo nhẹ lực kế trong khi thực hiện các thao tác thí nghiệm để chỉ làm cho thanh nhựa (2) chuyển động, tránh làm xê dịch trụ thép (4) hoặc chuyển động của vật khác không mong muốn xảy ra.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2. Nêu một số ví dụ trong thực tế về lực tác dụng làm quay vật.
- Lái xe ô tô: người lái xe tác dụng lực vào vô – lăng làm vô – lăng quay quanh trục của nó.
- Trò chơi vòng quay mặt trời: các carbin quay quanh một trục cố định.
- Lực tác dụng lên cánh chong chóng.
- Lực tác dụng lên hai đầu bập bênh.
II. MÔMEN LỰC
- Trong trò chơi bập bênh, khi ngồi gần trục quay giống như bố của mình (hình 18.3a), bạn nhỏ không thể nâng bố lên. Muốn nâng được bố lên, bạn nhỏ phải ngồi xa trục quay hơn so với bố (hình 18.3b). Người bố cũng có thể được nâng lên nếu có người lớn khác ngồi vào vị trí của bạn nhỏ.
- Ta có thể biểu diễn lực do bố và bạn nhỏ tác dụng lên bập bênh trong hai trường hợp trên như ở hình 18.4. Trong đó, đoạn OA là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực (đường thẳng trùng với mũi tên biểu diễn lực) do bố tác dụng lên bập bênh.
- Đoạn OB là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực do bạn nhỏ tác dụng lên bập bênh.
Khi lực tác dụng làm quay vật quanh một trục hoặc một điểm cố định, tác dụng làm quay của lực sẽ càng lớn nếu lực có giá trị lớn và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực càng lớn.
Người ta chọn một đại lượng có liên hệ với cả độ lớn của lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực để đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực. Đại lượng này được gọi là mômen lực.
📝 Luyện tập
Trong hình 18.1, tay người tác dụng lực như thế nào thì cánh cửa không quay?
Tay người tác dụng lực có phương song song hoặc cắt trục quay thì sẽ làm cánh cửa không quay.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
3. Nêu các ví dụ trong thực tế cần làm tăng tác dụng làm quay của lực bằng cách:
a) Tăng độ lớn của lực.
b) Tăng khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
c) Tăng đồng thời cả độ lớn của lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
a. Tăng độ lớn của lực.
- Trường hợp nắp lọ quá chặt, ta cần tăng lực tác dụng vào nắp để làm nó quay và mở được.
- Trường hợp dùng xà beng để nâng vật lên, vật càng nặng thì lực đặt vào xà beng càng lớn để tăng lực tác dụng lên vật.
b. Tăng khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
- Trường hợp ốc quá chặt, người thợ sửa chữa thường phải dùng thêm một đoạn ống thép để nối dài thêm cán của chiếc cờ - lê giúp tháo ốc ra dễ hơn.
- Trường hợp dùng xà beng để nâng vật lên, vật càng nặng thì vị trí đặt lực vào xà beng càng xa vật để tăng lực tác dụng lên vật.
c. Tăng đồng thời cả độ lớn của lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
- Trong trường hợp cần kéo một vật nặng ở dưới hố lên nếu ta tăng đồng thời cả lực kéo và khoảng cách từ trục quay tới giá của lực thì sẽ đưa vật lên được dễ dàng hơn.
- Trường hợp dùng xà beng để nâng vật lên, vật càng nặng thì vị trí đặt lực vào xà beng càng xa và lực đặt vào càng lớn để tăng lực tác dụng lên vật.
⚙️ Vận dụng
1. Khi cần tháo đai ốc ở các máy, thiết bị, người thợ dùng một dụng cụ gọi là cờ-lê (hình 18.5).
a) Chỉ ra vật chịu lực tác dụng làm quay và lực làm quay vật trong trường hợp này.
b) Nếu ốc quá chặt, người thợ thường phải dùng thêm một đoạn ống thép để nối dài thêm cán của chiếc cờ-lê. Giải thích cách làm này.
a.
- Vật chịu lực tác dụng làm quay là đai ốc.
- Lực làm quay vật là lực do tay tác dụng vào cờ - lê.
b. Việc dùng thêm một đoạn ống thép để nối dài thêm cán của chiếc cờ - lê để làm tăng khoảng cách từ trục quay đến giá của lực giúp tăng mômen lực và làm đai ốc tháo ra được dễ hơn.
⚙️ Vận dụng
2. Hình 18.6 là ảnh chiếc kìm cán dài dùng để cắt sắt và dao xén giấy. Trong mỗi hình, nêu rõ bộ phận của dụng cụ sẽ quay khi chịu lực tác dụng.
- Hình 18.6a: Cán kìm sẽ quay khi lực tác dụng.
- Hình 18.6b: Lưỡi dao sẽ quay khi lực tác dụng.
🔑 Kiến thức cốt lõi
• Lực tác dụng lên vật có thể làm quay vật quanh một trục hay một điểm cố định.
• Tác dụng làm quay của lực lên một vật quanh một trục hay một điểm cố định được đặc trưng bằng mômen lực. Mômen lực có liên hệ với độ lớn của lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
