Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

1. Kiến thức trọng tâm

Moment lực đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực đối với một trục quay. Moment của lực $F$ đối với trục quay có độ lớn là $M = F \cdot d$, trong đó $d$ là cánh tay đòn, tức là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực. Đơn vị của moment lực là $\text{N} \cdot \text{m}$. Lực có giá đi qua trục quay hoặc song song với trục quay thì không có tác dụng làm quay, moment bằng không.

Điều kiện cân bằng của vật rắn gồm hai điều kiện. Điều kiện thứ nhất là tổng hợp lực tác dụng lên vật bằng không, đảm bảo vật không chuyển động tịnh tiến. Điều kiện thứ hai là tổng moment lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng moment lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ, đảm bảo vật không quay. Quy tắc moment này được ứng dụng trong đòn bẩy, cân đòn và nhiều dụng cụ trong đời sống.

2. Ví dụ minh họa

Một thanh nhẹ dài $1,2\ \text{m}$ có trục quay tại điểm cách đầu trái $0,4\ \text{m}$. Treo vật nặng $30\ \text{N}$ ở đầu trái. Hỏi cần treo vật nặng bao nhiêu ở đầu phải để thanh cân bằng? Bỏ qua khối lượng thanh.

Lời giải. Cánh tay đòn của lực ở đầu trái là $0,4\ \text{m}$, của lực ở đầu phải là $1,2 - 0,4 = 0,8\ \text{m}$. Điều kiện cân bằng moment: $30 \cdot 0,4 = P_2 \cdot 0,8$, suy ra $P_2 = 15\ \text{N}$. Vậy cần treo vật nặng $15\ \text{N}$ ở đầu phải.

3. Ghi nhớ

• Moment lực: $M = F \cdot d$, đơn vị $\text{N} \cdot \text{m}$.
• Vật rắn cân bằng khi hợp lực bằng không và tổng moment bằng không.
• Lực có giá qua trục quay thì moment bằng không.