BÀI 18. TÁC DỤNG LÀM QUAY CỦA LỰC. MOMENT LỰC

Một vật có thể quay quanh một điểm hoặc một trục cố định khi chịu tác dụng của lực thích hợp. Ví dụ, cánh cửa quay quanh bản lề, tay nắm cửa quay quanh trục của nó, thanh ngang trong thí nghiệm quay quanh trục đặt tại điểm O.

Trong thí nghiệm với thanh nhựa có các lỗ cách đều, thanh được gắn vào giá tại trục quay O sao cho ban đầu nằm cân bằng theo phương ngang. Khi treo quả nặng vào các vị trí A, O, C trên thanh, ta quan sát trạng thái quay của thanh.

Hình 18.1: Dụng cụ thí nghiệm khảo sát tác dụng làm quay của lực với thanh nhựa có trục quay O.

Nếu treo quả nặng tại O, lực tác dụng có giá đi qua trục quay nên thanh không quay. Nếu treo quả nặng tại A hoặc C, lực tác dụng có giá không đi qua trục quay nên thanh có thể quay quanh O. Thí nghiệm cho thấy lực có thể làm quay vật nếu lực tác dụng vào vật theo cách tạo ra tác dụng quay quanh trục.

Giá của lực là đường thẳng chứa vectơ lực. Khi xét tác dụng làm quay của lực, cần chú ý vị trí của giá lực so với trục quay.

Đối với cánh cửa, lực tác dụng có thể làm cửa quay khi giá của lực không song song và không cắt trục quay. Nếu giá của lực cắt trục quay hoặc song song với trục quay thì lực không tạo ra tác dụng làm quay cửa.

Hình 18.2: Các trường hợp giá của lực so với trục quay của cánh cửa.

Kết luận: Khi lực tác dụng vào vật có giá không song song và không cắt trục quay thì lực sẽ làm quay vật.

Với tay nắm cửa, các vị trí tác dụng lực khác nhau cũng tạo ra tác dụng làm quay khác nhau. Lực tác dụng càng xa trục quay của tay nắm thì càng dễ làm tay nắm quay.

Hình 18.3: Tay nắm cửa quay quanh trục đi qua vị trí A; tác dụng lực ở vị trí xa trục hơn làm tay nắm dễ quay hơn.

Tác dụng làm quay của lực lên một vật quanh một điểm hoặc một trục được đặc trưng bằng moment lực.

Moment lực cho biết mức độ mạnh hay yếu của tác dụng làm quay do lực gây ra. Moment lực càng lớn thì tác dụng làm quay càng lớn.

Trong thí nghiệm với thanh nhựa, ta có thể treo các quả nặng giống nhau hoặc khác nhau tại các vị trí A, B, C để so sánh khả năng làm quay thanh. Khi treo hai quả nặng giống nhau ở hai phía đối xứng A và C, tác dụng làm quay của hai lực có thể cân bằng nhau. Khi thay đổi số quả nặng hoặc thay đổi vị trí treo, trạng thái của thanh thay đổi, cho thấy moment lực phụ thuộc vào cả độ lớn của lực và vị trí tác dụng của lực.

Bảng 18.1: Thí nghiệm khảo sát moment lực bằng cách thay đổi vị trí treo và số quả nặng trên thanh ngang.

Moment lực phụ thuộc vào hai yếu tố chính:

Thứ nhất, độ lớn của lực. Lực càng lớn thì moment lực càng lớn, tác dụng làm quay càng lớn.

Thứ hai, khoảng cách từ giá của lực đến trục quay. Giá của lực càng cách xa trục quay thì moment lực càng lớn, tác dụng làm quay càng lớn.

Điều này giải thích vì sao khi mở cửa, ta đẩy vào vị trí càng xa bản lề thì cửa càng dễ mở. Tương tự, khi dùng cờ lê để vặn ốc, nếu tác dụng lực ở đầu cán cờ lê xa trục quay thì việc vặn ốc sẽ dễ hơn.

Hình 18.4: So sánh moment của các lực tác dụng lên cờ lê khi độ lớn lực và khoảng cách từ giá lực đến trục quay thay đổi.

Kết luận: Tác dụng làm quay của lực lên vật quanh một điểm hoặc một trục được đặc trưng bằng moment lực. Lực càng lớn và giá của lực càng cách xa trục quay thì moment lực càng lớn.