Trong bài học vật lý trước, chúng ta đã nghiên cứu các chủ đề về động lực học hạt và động lực học quay . Trong động lực học hạt, chúng ta đã nghiên cứu các hạt chuyển động tịnh tiến ( chuyển động thẳng , chuyển động tròn , chuyển động parabol ). Trong động lực học quay, chúng ta đã nghiên cứu các vật rắn quay. Trong chủ đề này, chúng ta đã nghiên cứu các vật ở trạng thái cân bằng. Có hai loại cân bằng, đó là cân bằng tĩnh và cân bằng động. Theo định luật thứ nhất của Newton, một vật ở trạng thái cân bằng tĩnh nếu vật đó đứng yên và một vật ở trạng thái cân bằng động nếu vật đó chuyển động với vận tốc không đổi. Bài viết này tập trung nhiều hơn vào thảo luận về cân bằng tĩnh (các vật đứng yên).
Khái niệm về cân bằng vật rắn là một kiến thức cơ bản rất quan trọng và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là trong lĩnh vực kỹ thuật. Việc hiểu và tính toán các lực tác dụng lên một vật thể ở trạng thái cân bằng tĩnh là rất quan trọng, đặc biệt đối với các chuyên gia kỹ thuật (kiến trúc sư hoặc kỹ sư). Khi thiết kế một công trình nào đó, dù là nhà cửa, cầu cống, phương tiện giao thông, v.v., các kiến trúc sư hoặc kỹ sư cũng tính toán cẩn thận xem kết cấu của nhà cửa, phương tiện giao thông, cầu cống, v.v., có chịu được các lực tác dụng lên nó mà không bị sụp đổ hay không.
Ví dụ về bài toán
1. Hãy xem hình ảnh sau! Một thanh có khối lượng 1,5 kg được gắn bản lề vuông góc với tường ở một đầu, và một chiếc đèn lồng được treo ở một khoảng cách nhất định so với bản lề. Lực căng trong dây để giữ cho thanh ở vị trí cân bằng là…
Cuộc thảo luận
Ai cũng biết:
Khối lượng hàng hóa (m 1 ) = 2 kg
Khối lượng của thanh (m² ) = 1,5 kg
Gia tốc trọng trường (g) = 10 m/ s²
Tải trọng (w)1) = (2)(10) = 20 Newton
Trọng lượng thanh (w 2 ) = (1,5)(10) = 15 N
Câu hỏi: Độ lớn của lực căng dây là bao nhiêu để thanh ở trạng thái cân bằng?
Trả lời:
Chiều dài của sợi dây được tính bằng công thức Pythagore:
Tính lực căng của dây (T ):
Chọn trục quay tại khớp nối. Xét mômen lực tác dụng lên thanh.
Khoảnh khắc lực 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
Mômen lực 1 làm cho thanh quay theo chiều kim đồng hồ, do đó mômen lực 1 có dấu âm.
Khoảnh khắc lực 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
Mômen lực 2 làm cho thanh quay theo chiều kim đồng hồ, do đó mômen lực 1 có dấu âm.
Khoảnh khắc lực 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
Mômen lực 3 làm cho thanh quay ngược chiều kim đồng hồ, do đó mômen lực 3 có dấu dương.
Để hệ thống ở trạng thái đứng yên, mômen lực tổng hợp ( Στ) = 0
Στ = 0
τ 1 + τ 2 + τ 3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18/ 0,48
T = 37,5 Newton
Nguồn câu hỏi:
Các câu hỏi Vật lý cho kỳ thi quốc gia dành cho học sinh trung học phổ thông/trung học nghề
