Công thức liên quan CHƯƠNG III: Cân bằng và chuyển động của vật rắn.

Định nghĩa:

Ngẫu lực là hai lực tác dụng lên vật song song ngược chiều cùng độ lớn cách nhau d.

Công thức :

                                  $M=F.d$

Với :

$M$ $\left(N.m\right)$:momen ngẫu lực.

$F \left(N\right)$ : lực tác dụng.

$d \left(m\right)$ : khoảng cách giữa hai lực.

Ý nghĩa: Hợp lực tác dụng vào vật bằng không. Nhưng momen lực không cân bằng gây nên gây ra tác dụng quay. Với trục quay vuông góc với hai lực tại trung điểm của khoảng cách hai lực.

1.Mặt chân đế

a/ Định nghĩa : mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả diện tích tiếp xúc của vật và mặt đỡ.

b/ Ví dụ:

2. Điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế

Giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế .

Người đứng vững do giá của trọng lực rơi đúng vào mặt chân đế.

Đứng tấn

3. Mức vững vàng của sự cân bằng

Mức vững vàng của sự cân bằng được xác định bằng độ cao của trọng tâm vật và diện tích của mặt chân đế.

Trọng tâm của vật càng cao vật càng dễ lật đổ và ngược lại.

Diễn viên xiếc Quốc Cơ và Quốc Nghiệp khiến cả thế giới khâm phục vì màn biểu diễn chồng đầu giữ thăng bằng. Như hình minh hoạ, chúng ta có thể thấy trọng tâm của cả hai diễn viên đều rất cao và chỉ với mặt chân đế rất nhỏ.

1. Các dạng cân bằng

Có 3 dạng cân bằng:

Cân bằng bền: khi dịch chuyển trong tâm vật ra khỏi vị trí cân bằng thì vật sẽ quay về vị trí cân bằng cũ.

Cân bằng phiếm định: khi dịch chuyển vật ra khỏi vị trí cân bằng thì vật sẽ cân bằng ở vị trí cân bằng mới.

Cân bằng không bền: khi dịch chuyển vật ra khỏi vị trí cân bằng thì vật không còn giữ trạng thái cân bằng.

2. Nguyên nhân gây ra các dạng cân bằng khác nhau đó là vị trí trọng tâm của vật.

+ Trường hợp cân bằng không bền, trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các vị trí lân cận.

+ Trường hợp cân bằng bền, trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các vị trí lân cận.

+ Trường hợp cân bằng phiếm định, trọng tâm không thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi.

Điều kiện cân bằng:

Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.

Ứng dụng:

+ Để xác định trọng tâm của vật phẳng, mỏng, đồng chất.

+ Xác định phương thẳng đứng bằng dây dọi.

Chú thích:

$\overrightarrow{F_1}$: là lực thứ nhất tác động lên vật (N).

$\overrightarrow{F_2}$: là lực thứ hai tác động lên vật (N).

Dấu trừ trong công thức nói trên thể hiện hai lực này cùng phương nhưng ngược chiều.

Hai lực cân bằng $\overrightarrow{F_1}$và $\overrightarrow{F_2}$ cùng tác động vào một vật.

Quy tắc hợp lực song song cùng chiều:

+ Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực ấy: F = F1+F2.

+ Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy: $\frac{F_1}{F_2}=\frac{d_2}{d_1}$ (chia trong).

1.Trọng tâm

Định nghĩa: Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực lên vật.

Ý nghĩa : Có thễ xem vật có khối lượng tập trung ở trọng tâm

2. Một số trọng tâm hình học:

3.Phương pháp tìm trọng tâm

Cách 1 : Dùng công thức xác đĩnh trọng tâm.

Chọn gốc O , vị trí bị khoét ta thay $m <0$

Công thức : ${\overrightarrow{r}}_{G/O}=\frac{m_1{\overrightarrow{r}}_1+m_2{\overrightarrow{r}}_2}{m}$

Cách 2: Dùng tổng hợp hai lực song song cùng chiều

$G$ trọng tâm của vật còn nguyên.

$G\text{'}$ trọng tâm của vùng bị khoét.

A trọng tâm mới của vật.

Theo quy tắc hợp lực song song:

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}{P}_1=P-P_2\\ \frac{P_1}{P_2}=\frac{GG\text{'}}{x}\end{array}\Rightarrow x=\frac{P_2}{P-P_2}.GG\text{'}\right. \\ \Rightarrow x=\frac{S_2}{S-S_2}.GG\text{'} \end{gathered}$$

Chọn trục quay qua O, để lực F có tác dụng quay vật :

Momen quay của lực F với trục quay O phải lớn hơn momen của lực còn lại.

$M_{\overrightarrow{F}/O}\ge M_{\overrightarrow{P}/O}$

$F$ lực tác dụng.

$P$ trong lực của vật

Điều kiện cân bằng:

+ Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.

+ Tổng hợp lực của hai lực bất kì phải cân bằng với lực còn lại: ${\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2=-{\overrightarrow{F}}_3$

Chú thích:

$F_1,F_2,F_3$ lần lượt là các lực 1,2,3 tác động vào vật (N).

Tổng hợp của hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$và ${\overrightarrow{F}}_2$ cân bằng với trọng lực $\overrightarrow{P}$ của vật.

Điều kiện cân bằng:

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

Chú thích:

$\Sigma M_c$: tổng moment làm vật quay xuôi chiều kim đồng hồ $(N.m)$.

$\Sigma M_n$: tổng moment làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ $(N.m)$.

Định nghĩa:

Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.

Chú thích:

 $M$ là momen lực $(N.m)$

$F$ là lực tác dụng $\left(N\right)$

 $d$ là cánh tay đòn - là đoạn thẳng vuông góc nối từ trục quay đến giá của lực $\left(m\right)$

Minh họa về cách xác định momen lực

 Càng đi ra xa trục quay (cánh tay đòn càng tăng) thì khối lượng được phép cẩu lên phải giảm

để tránh tăng momen gây tai nạn lao động.