- Định nghĩa ngẫu lực là gì?
- Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn
- Momen ngẫu lực
- Công thức tính momen ngẫu lực
- Các đặc điểm của ngẫu lực
- Ứng dụng của ngẫu lực
Định nghĩa ngẫu lực là gì?
Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật. Ngẫu lực tác dụng vào một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến. Ngẫu lực có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn của lực, tỉ lệ thuận với khoảng cách từ điểm đặt của lực đến trục quay, và tỉ lệ thuận với sin của góc giữa hướng của lực và trục quay.
- "Ngẫu" có nghĩa là "không có chủ định, không có mục đích".
- "Lực" là một đại lượng vật lý tác dụng lên một vật thể khiến vật thể đó chuyển động.
=> Ngẫu lực có nghĩa là lực tác dụng lên một vật thể khiến vật thể đó quay quanh một trục cố định mà không có chủ định, không có mục đích.
Ví dụ:
- Khi ta dùng tay vặn vòi nước thì lúc đó ta đã tác dụng vào vòi một ngẫu lực.
- Dùng tua-vit để vặn đinh ốc là ta đã tác dụng một ngẫu lực vào tua-vit.
- Khi ô tô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay lái (vô lăng).
Một số ví dụ về ngẫu lực
Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn
Trường hợp vật không có trục quay cố định:
+ Khi ngẫu lực tác dụng lên một vật rắn, vật rắn sẽ quay quanh trục cố định theo chiều của ngẫu lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực, vật sẽ quay quanh trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
+ Do xu hướng chuyển động li tâm của các phần của vật ở ngược phía đối với trọng tâm triệt tiêu nhau nên trọng tâm đứng yên. Vì vậy trục quay đi qua trọng tâm của vật không chịu lực tác dụng của vật.
Trường hợp vật có trục quay cố định:
+ Ngẫu lực làm cho vật rắn quay quanh trục cố định, đây là tác dụng chính của ngẫu lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định đó. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay. Khi ấy vật có xu hướng chuyển động li tâm nên tác dụng lực vào trục quay. Vận tốc quay càng lớn, lực li tâm tác dụng lên trục càng lớn và có thể dẫn đến nứt gãy. Vì vậy để giảm lực nén lên các bộ phận cơ khí, khi chế tạo các bộ phận quay của máy móc phải được làm cho trục quay đi qua trọng tâm của nó.
+ Ngẫu lực làm thay đổi vận tốc góc của vật rắn. Ngẫu lực có thể làm tăng hoặc giảm vận tốc góc của vật rắn. Nếu ngẫu lực có chiều ngược với chiều quay của vật rắn thì ngẫu lực sẽ làm giảm vận tốc góc của vật rắn. Ngược lại, nếu ngẫu lực có chiều cùng chiều với chiều quay của vật rắn thì ngẫu lực sẽ làm tăng vận tốc góc của vật rắn.
+ Ngẫu lực làm thay đổi mômen quán tính của vật rắn. Mômen quán tính của vật rắn càng lớn thì ngẫu lực cần thiết để làm cho vật rắn quay càng lớn.
Momen ngẫu lực
Công thức tính momen ngẫu lực
- Đối với các trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực thì momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí trục quay và luôn có giá trị:
M = F1.d1 + F2.d2 = F(d1 + d2) = F.d
Trong đó:
F là độ lớn của mỗi lực (N)
d là cánh tay đòn của ngẫu lực hay khoảng cách giữa hai giá của hai lực hợp thành ngẫu lực (m)
M là momen lực (N.m)
- Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
- Từ công thức momen ngẫu lực, ta có thể tính:
+ Độ lớn của mỗi lực: F = M/d
+ Cánh tay đòn của ngẫu lực: d = M/F
Các đặc điểm của ngẫu lực
- Ngẫu lực là hai lực song song. Hai lực trong ngẫu lực có phương song song với nhau.
- Hai lực có chiều ngược với nhau và có cùng độ lớn.
- Ngẫu lực có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn của lực, tỉ lệ thuận với khoảng cách từ điểm đặt của lực đến trục quay và tỉ lệ thuận với sin của góc giữa hướng của lực và trục quay.
- Ngẫu lực có chiều ngược với chiều quay của vật thể.
- Ngẫu lực làm thay đổi mômen quán tính của vật thể.
Ứng dụng của ngẫu lực
- Trong cơ khí: Ngẫu lực được sử dụng để tạo ra chuyển động quay của các máy móc như động cơ, máy bơm,...
- Trong điện: Ngẫu lực được sử dụng trong động cơ điện, máy phát điện,...
- Trong điện tử: Ngẫu lực được sử dụng trong các thiết bị quay như ổ cứng, máy ảnh,...
- Thể thao và giải trí: Momen ngẫu lực từ được sử dụng trong nhiều hoạt động thể thao và giải trí như bóng đá, quần vợt, cầu lông và quần chúng. Momen ngẫu lực từ quyết định sự quay chuyển và điều khiển chuyển động của các vật thể, từ đó tạo ra hiệu ứng thú vị và thách thức cho người chơi.
- Phương tiện giao thông: momen ngẫu lực từ được sử dụng để thiết kế hệ thống lái và phanh của xe hơi. Momen ngẫu lực từ giúp điều chỉnh chuyển động của xe và đảm bảo an toàn cho người lái.