Hay cho biết ý nghĩa thực tiễn của việc nghiên cứu tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn
|
Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực.
M
=
F
1
d
1
+
F
2
d
2
=
F
(
d
1
+
d
2
)
=
F
.
d
{\displaystyle M={F_{1}}{d_{1}}+{F_{2}}{d_{2}}=F({d_{1}}+{d_{2}})=F.d}
Trong đó F là độ lớn của mỗi lực, còn d khoảng cách giữa hai giá của ngẫu lực và được gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực.
Tóm tắt nội dung tài liệu
GIÁO ÁN VẬT LÝ 10 BÀI 22: NGẪU LỰC I. Mục tiêu: 1. Về kiến thức:
2. Về kỹ năng:
II. Chuẩn bị: Giáo viên:
Học sinh: III. Phương pháp: Nêu vấn đề, thảo luận nhóm IV. Tiến trình dạy học: 1) Ổn định:
2) Kiểm tra: -Momen lực có tác dụng thế nào đối với một vật quay quanh một trục ? -Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc những yếu tố nào ? 3) Hoạt động dạy học: Hoạt động 1: Làm quen với khái niệm ngẫu lực. Đặt ra vấn đề cần nghiên cứu.
Hoạt động 2: Tìm hiểu tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn.
Hoạt động 3: Tính momen của ngẫu lực. Trên đây là trích đoạn một phần nội dung trong giáo án Ngẫu lực. Để nắm bắt toàn bộ nội dung còn lại và các giáo án tiếp theo, mời quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải tài liệu về máy. Ngoài ra, nhằm hỗ trợ các Thầy cô trong quá trình xây dựng bài 22 với nhiều phương pháp soạn bài hay, nội dung chi tiết và được trình bày khoa học, quý thầy cô có thể tham khảo ở Bài giảng Vật lý 10 - Bài 22:Ngẫu lực Thầy cô quan tâm có thể xem thêm các tài liệu được biên soạn cùng chuyên mục: >> Giáo án tiếp theo: Giáo án Vật lý 10 Bài 23: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng Page 2
YOMEDIA
Thông qua bài soạn giáo án Ngẫu lực giáo viên giúp học sinh phát biểu được định nghĩa ngẫu lực, viết được công thức tính momen của ngẫu lực. Vận dụng được khái niệm ngẫu lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật. 27-03-2014 376 30 Download  Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2009-2019 TaiLieu.VN. All rights reserved.
Mục tiêu: Giúp sinh viên ôn lại các khái niệm cơ bản về lực, các định luật và hệ quả liên quan đến lực và sự cân bằng của vật rắn. Tóm tắt chương: - Các khái niệm cơ bản về vật rắn, sự cân bằng và lực; - Các định luật về lực, sự cân bằng, sự thay thế liên kết và các hệ quả rút ra từ các định luật. 1.1. Các khái niệm cơ bản1.1.1. LựcTrong cuộc sống hàng ngày ta thấy rằng để kéo một vật nặng đi lên cần tác dụng một lực hay vật nặng m tác dụng làm kéo giãn lò xo (hình 1.1),… Khái niệm: “Lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng tương hỗ cơ học của vật này đối với vật khác mà kết quả làm thay đổi chuyển động hoặc biến dạng của các vật” Hình 1.1 Đặc trưng: - Điểm đặt của lực: Điểm mà vật được truyền tác dụng tương hỗ cơ học từ vật khác - Phương và chiều: Phương, chiều chuyển động từ trạng thái yên nghỉ của chất điểm chịu tác dụng của lực. - Cường độ: Số đo tác dụng mạnh yếu so với lực được chọn làm chuẩn - đơn vị lực (Newton - N). Véc tơ lực: Có thể dùng véc tơ để biểu diễn các đặc trưng của lực - Điểm đặt: Điểm đặt của lực - Phương chiều: Phương chiều của lực - Mô đun véc tơ: Cường độ của lực Ví dụ: Lực biểu diễn bằng véctơ (hình 1.2). Phương chiều của véctơ biểu diễn phương chiều của lực , độ dài của véctơ theo tỉ lệ đã chọn biểu diễn trị số của lực, gốc véctơ biểu diễn điểm đặt của lực, giá của véctơ biểu diễn phương tác dụng của lực Hình 1.2 1.1.2. Vật rắn tuyệt đốiKhái niệm: “Vật rắn tuyệt đối là tập hợp vô hạn các chất điểm mà khoảng cách giữa hai chất điểm bất kỳ luôn luôn không đổi” Vật rắn tuyệt đối chỉ là mô hình của vật thể khi các biến dạng của nó có thể bỏ qua được do quá bé hoặc không đóng vai trò quan trọng trong quá trình khảo sát. Ví dụ: Khi dưới tác dụng của trọng lực P dầm AB phải võng xuống, thanh CD phải giãn ra Nhưng do độ võng của dầm và độ dãn của thanh rất bé, ta có thể bỏ qua. Khi giải bài toán tĩnh học ta coi như dầm không võng và thanh không dãn mà kết quả vẫn đảm bảo chính xác và bài toán đơn giản hơn. Trong trường hợp ta coi vật rắn là vật rắn tuyệt đối mà bài toán không giải được, lúc đó ta cần phải kể đến biến dạng của vật. Bài toán này sẽ được nghiên cứu trong giáo trình sức bền vật liệu. Để đơn giản, từ nay về sau trong bài giảng này chúng ta coi vật rắn là vật rắn tuyệt đối. Đó là đối tượng để chúng ta nghiên cứu trong bài giảng này. 1.1.3. Cân bằngKhái niệm: “Vật rắn ở trạng thái cân bằng là vật đó nằm yên hay chuyển động đều đối với một vật chọn làm mốc” Để thuận tiện cho việc nghiên cứu người ta gắn lên vật chuẩn "làm mốc" một hệ trục toạ độ nào đó mà cùng với nó tạo thành hệ quy chiếu. Ví dụ như hệ trục toạ độ Đề các Oxyz chẳng hạn. Trong tĩnh học, ta xem vật cân bằng là vật nằm yên so với trái đất. 1.1.4. Các định nghĩa kháca. Mômen của lực đối với một điểm “Mômen của lực đối với tâm O - o( ) là một véc tơ vuông góc với mặt phẳng chứa điểm O và lực , sao cho nhìn từ đầu mút của nó xuống thấy lực vòng quanh O theo chiều ngược chiều kim đồng hồ; có mô đun bằng Fd, với d là khoảng cách vuông góc từ tâm O đến đường tác dụng của lực - tay đòn”- Nhận xét: +/ o( ) = 0 khi = 0 hoặc khi đường tác dụng của lực đi qua tâm O. +/ - Khi các lực cùng nằm trong một mặt phẳng với điểm O thì các véc tơ mômen của các lực đối với điểm O sẽ song song song với nhau. Do đó đưa ra khái niệm Mômen đại số của lực đối với tâm O: ) - là đại lượng đại số ±Fd ) = ±Fd + Nhận dấu (+) khi lực vòng quanh O theo chiều ngược chiều kim đồng hồ + Nhận dấu (-) khi lực vòng quanh O theo chiều cùng chiều kim đồng hồb. Ngẫu lực: “Ngẫu lực là hai lực song song ngược chiều và cùng cường độ” - Đặc trưng của ngẫu lực: + Mặt phẳng tác dụng của ngẫu lực (mặt phẳng chứa hai lực) + Chiều quay của ngẫu lực + Cường độ tác dụng của ngẫu lực phụ thuộc vào giá trị của các lực thành phần và tay đòn ngẫu lực (khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai lực thành phần; đặc trưng cho cường độ của ngẫu lực là trị số mômen của ngẫu lực (Fd). - Để biểu diễn các đặc trưng của ngẫu lực người ta dùng véc tơ mômen ngẫu lực - . Có gốc tại mặt phẳng ngẫu lực, hướng vuông góc với mặt phẳng ngẫu lực sao cho khi nhìn từ đầu mút của véc tơ ấy xuống mặt phẳng ngẫu lực thấy chiều quay của ngẫu lực ngược chiều quay kim đồng hồ và có mô đun bằng trị số mômen ngẫu lực. - Định lý liên hệ giữa véc tơ mômen ngẫu lực và mômen của lực đối với một điểm.“Mô men đối với một điểm bất kỳ của ngẫu lực bằng véc tơ mômen của ngẫu lực” Hệ quả: “Véc tơ mômen ngẫu lực bằng mômen của một lực thành phần đối với điểm nằm trên đường tác dụng của lực thành phần kia” c. Hệ lực “Hệ lực là tập hợp nhiều lực cùng tác dụng lên một vật rắn” - Ký hiệu: ( - Hệ lực tương đương: Khi tác dụng cơ học của hai hệ lực này lên cùng một vật rắn là như nhau. - Hợp lực của hệ lực: Là một lực duy nhất tương đương với hệ lực ấy. - Hệ lực cân bằng: Là hệ lực mà nếu tác dụng lên vật rắn không làm thay đổi trạng thái chuyển động của vật (chuyển động có được khi không chịu tác dụng của hệ lực ấy); là hệ lực tương đương với không. - Phân loại: Dựa vào sự phân bố của các đường tác dụng của lực thuộc hệ +/ Hệ lực không gian: Đường tác dụng nằm tùy ý trong không gian; +/ Hệ lực phẳng: Đường tác dụng nằm trong cùng một mặt phẳng; +/ Hệ lực song song: Đường tác dụng của các lực song song với nhau; +/ Hệ lực đồng quy: Đường tác dụng của các lực đi qua cùng một điểm; +/ Hệ ngẫu lực: Hệ gồm các cặp lực (từng đôi một) song song ngược chiều và cùng cường độ. d. Vật tự do và vật không tự do - Vật tự do: Vật có thể thực hiện mọi di chuyển vô cùng bé từ vị trí đang xét sang vị trí lân cận của nó (quả bóng bay lơ lửng) - Vật không tự do: Một số di chuyển của vật bị cản bởi những vật khác (quả bóng nằm trên mặt bàn). Những điều kiện cản trở di chuyển của vật khảo sát được gọi là những liên kết đạt lên vật ấy. Trong tĩnh học chỉ khảo sát loại liên kết được thực hiện bằng sự tiếp xúc hình học giữa vật thể được khảo sát với các vật thể khác đó là những liên kết hình học. Vật không tự do gọi là vật chịu liên kết; còn vật khác cản trở vật khảo sát gọi là vật gây liên kết. e. Lực liên kết và lực hoạt động, phản lực liên kết - Lực liên kết: Là lực đặc trưng cho tác dụng tương hỗ giữa các vật có liên kết với nhau qua chỗ tiếp xúc hình học. +/ Phản lực liên kết: Lực liên kết do các vật gây liên kết tác dụng lên vật chịu liên kết. +/ Áp lực: Lực do vật chịu liên kết tác dụng lên vật gây liên kết. - Lực hoạt động:Là các lực không phải lực liên kết; tức không bị biến mất cùng liên kết. 1.2. Các tiên đề tĩnh học1.2.1. Tiên đề 1 (hai lực cân bằng của vật rắn)“Điều kiện cần và đủ để cho vật rắn cân bằng dưới tác dụng của hệ hai lực là chúng có cùng đường tác dụng, hướng ngược chiều nhau và có cùng cường độ” Ký hiệu: Ý nghĩa: Quy định một tiêu chuẩn cân bằng của vật rắn tự do dưới tác dụng của hệ lực đơn giản nhất. 1.2.2. Tiên đề 2 (thêm bớt hai lực cân bằng)“Tác dụng của hệ lực lên vật rắn không thay đổi nếu thêm vào hoặc bớt đi hai lực cân bằng” Như vậy, nếu là hai lực cân bằng thì: Hoặc nếu hệ lực có hai lực cân bằng thì: Tác dụng của lực lên vật rắn không thay đổi khi trượt lực trên đường tác dụng của nó. Giả sử lực tác dụng lên vật rắn tại A, áp dụng luật 2 thêm tại B hai lực cân bằng có cùng đường tác dụng với lực và . Ta có: Ý nghĩa: Quy định một phép biến đổi tương đương cơ bản về lực 1.2.3. Tiên đề 3 (hình bình hành lực)“Hai lực tác dụng lên vật rắn đặt tại cùng một điểm có hợp lực đặt tại điểm đó xác định bằng đường chéo của hình bình hành mà các cạnh chính là các lực đó” Từ tiên đề trên ta có thể khẳng định hai lực có hợp lực Về phương diện véc tơ ta có: Nghĩa là véc tơ bằn tổng hình học của các véc tơTứ giác OABC gọi là hình bình hành lực Về trị số: (Trong đó là góc tạo bởi hai véc tơ 1.2.4. Tiên đề 4 (lực tác dụng và phản tác dụng)“Lực tác dụng và phản lực tác dụng giữa hai vật có cùng đường tác dụng, hướng ngược chiều nhau và có cùng cường độ” Giả sử vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B lại tác dụng lên vật A một lực ’= - . Hai lực này có trị số bằng nhau, cùng đường tác dụng, ngược chiều nhưng không cân bằng vì đặt trên hai vật khác nhau. Ý nghĩa: Là cơ sở để khảo sát bài toán hệ nhiều vật. Hình 1.12 1.2.5. Tiên đề 5 (hóa rắn)“Một vật biến dạng đã cân bằng dưới tác dụng của một hệ lực thì khi hóa rắn lại nó vẫn cân bằng” Hình 1.13 Giả sử lò xo cân bằng, khi đó lò xo ở trạng thái nén hoặc trạng thái kéo và hệ lực tác dụng lên lò xo ở trạng thái cân bằng kéo hoặc nén đều thỏa mãn định luật 1 như vật rắn cân bằng. Tuy nhiên, nếu tác dụng lên lò xo cân bằng ở trạng thái nén bởi 2 lực cân bằng ở trạng thái kéo thì lò xo sẽ không cân bằng được mà sẽ bị dãn ra, trong khi đó vật tuyệt đối rắn vẫn cân bằng dưới tác dụng của hai lực cân bằng. Ý nghĩa: Quy định điều kiện cần để vật thể biến dạng cân bằng; đó là hệ lực tác dụng lên nó phải thỏa mãn các điều kiện cân bằng của vật rắn tuyệt đối. 1.2.6. Tiên đề 6 (giải phóng liên kết)“Vật không tự do cân bằng có thể xem là tự do cân bằng nếu giải phóng các liên kết, thay thế tác dụng của các liên kết được giải phóng bằng các phản lực liên kết tương ứng” Ví dụ : Hộp phấn để trên mặt bàn, mặt bàn ngăn cản hộp phấn di chuyển xuống phía dưới. Hộp phấn là vật chịu liên kết còn mặt bàn là vật gây liên kết. Theo tiên đề 4 thì vật chịu liên kết tác dụng lên vật gây liên kết một lực, ngược lại vật gây liên kết tác dụng lên vật chịu liên kết một lực. Chính lực này ngăn cản chuyển động của vật, ta gọi phản lực liên kết. Lực là phản lực liên kết của mặt bàn tác dụng lên hộp phấn nhằm ngăn cản hộp phấn di chuyển xuống phía dưới. Ta nhận thấy, phản lực liên kết là lực thụ động, sẽ có chiều ngược với chiều mà vật khảo sát muốn di chuyển bị liên kết ngăn cản lại. Theo một phương nào đó, không bị liên kết ngăn cản thì theo phương đó thành phần phản lực liên kết bằng không.1.3. Một số liên kết thường gặp1.3.1. Liên kết tựaHai vật liên kết tựa khi chúng tiếp xúc trực tiếp tựa lên nhau. Giả sử chỗ tiếp xúc giữa hai vật tự lên nhau được thực hiện theo các bề mặt, đường (mặt và đường, mặt và điểm, điểm và đường) là hoàn toàn nhẵn thì phản lực tựa có phương vuông góc với mặt tựa hoặc đường tựa. Hình 1.10 1.3.2. Liên kết dây mềm, thẳngPhản lực của dây tác dụng lên vật khảo sát đặt vào chỗ buộc của dây và hướng vào dây; gọi là sức căng của dây ( ). Trường hợp dây vòng qua vật thì phản lực liên kết hướng dọc dây và hướng ra đối với mặt cắt của dây. Hình 1.11 1.3.3. Liên kết bản lề Hai vật có liên kết bản lề khi chúng có trục chung; hai vật tựa vào nhau theo đường nhưng điểm tựa chưa xác định. Phản lực liên kết đi qua tâm của trục, có phương, chiều chưa xác định. - Liên kết gối: Để đỡ dầm và khung… người ta dùng các liên kết gối cố địnhvà liên kết gối con lăn. Phản lực liên kết gối cố định được xác định như liên kết bản lề, còn phản lực liên kết của gối con lăn được xác định theo quy tắc của liên kết tựa. Hình 1.12 - Liên kết gối cầu: Có thể thực hiện nhờ quả cầu gắn vào vật chịu liên kết và được đặt vào trong một vỏ cầu gắn liền với vật gây liên kết. Phản lực gối cầu đi qua tâm O của vỏ cầu, có phương, chiều chưa biết. Thông thường được tách ra làm ba thành phần vuông góc với nhau - Liên kết cối: Tương tự liên kết gối cầu Hình 1.13 1.3.4. Liên kết ngàm Hai vật có liên kết ngàm khi vật chịu liên kết và vật gây liên kết nối cứng với nhau. Ví dụ: một trụ đứng được chôn chặt xuống nền. - Ngàm phẳng: Phản lực liên kết gồm hai lực thẳng vuông góc với nhau và một ngẫu lực nằm trong mặt phẳng chứa hai lực thẳng trên. - Ngàm không gian: Phản lực liên kết gồm 3 thành phần lực thẳng vuông góc với nhau và ba thành phần ngẫu lực trong 3 mặt phẳng tọa độ. Hình 1.14 1.3.5. Liên kết thanh không trọng lượngĐược thực hiện nhờ các thanh và thỏa mãn các điều kiện sau: Chỉ có lực tác dụng ở hai đầu còn dọc thanh không có lực tác dụng và trọng lượng thanh không đáng kể. Liên kết tại hai đầu thanh được thực hiện nhờ bản lề trụ, cầu,… nên phản lực liên kết nằm dọc theođường nối hai điểm đặt lực liênkết tại hai đầu thanh 1.4. Các hệ quả1.4.1. Hợp các lực đồng quyHệ các lực đồng quy là tập hợp các lực có đường tác dụng đi qua cùng một điểm (gọi là điểm đồng quy) Hợp các lực đồng quy là lực - Phương pháp vẽ: Hợp lực của hệ lực đồng quy được biểu diễn bằng véc tơ khép kín của đa giác lực đặt tại điểm đồng quy. Hình 1.16 - Phương pháp chiếu: +/ Trị số của hợp lực +/ Phương chiều: Trong đó: α, β, g là góc hợp bởi véc tơ với các trục Ox, Oy, Oz. Véc tơ , véc tơ khép kín của đa giác lực, gọi là véc tơ chính của hệ lực . Vậy: Hợp lực của hệ lực đồng quy được biểu diễn bằng véc tơ chính của hệ lực đặt tại điểm đồng quy. 1.4.2. Các định lý về biến đổi tương đương ngẫu lựca. Định lý 1: “Hai ngẫu lực có véc tơ mômen bằng nhau thì tương đương với nhau” - Sự đúng đắn của định lý trên được rút ra từ hai tính chất sau: +/ Hai ngẫu lực cùng nằm trong một mặt phẳng, có cùng chiều quay và cùng trị số mômen thì tương đương với nhau; +/ Tác dụng của ngẫu lực không thay đổi khi dời ngẫu lực đến những mặt phẳng song song. Hình 1.17 - Kết luận: +/ Véc tơ mômen của ngẫu lực là véc tơ tự do; +/ Tác dụng của ngẫu lực không thay đổi khi tác động lên nó các phép biến đổi mà không làm thay đổi mômen của nó; +/ Tác dụng của ngẫu lực được đặc trưng hoàn toàn bằng mômen của nó b. Định lý 2: “Hợp hai ngẫu lực được một ngẫu lực có véc tơ mômen bằng tổng các véc tơ mômen của hai ngẫu lực đã cho” c. Định lý 3: “Hợp n ngẫu lực được một ngẫu lực có véc tơ mômen bằng tổng các véc tơ mômen của các ngẫu lực đã cho” d. Định lý 4: “Hợp các ngẫu lực trong một mặt phẳng được một ngẫu lực nằm trong cùng mặt phẳng, có mômen đại số bằng tổng đại số các mômen của ngẫu lực đã cho” CÂU HỎI ÔN TẬP1. Thế nào là vật rắn tuyệt đối, cân bằng của vật rắn? 2. Nêu khái niệm lực, các đặc trưng của lực? 3. Nêu khái niệm momen, hệ lực, ngẫu lực? 4. Nêu các định luật, các dạng liên kết và phản lực liên kết? 5. Thế nào là hệ lực đồng quy, phương pháp xác định hợp lực? 6. Nêu các định lý về biến đổi tương đương ngẫu lực? * Tài liệu học tập, tài liệu tham khảo: - Cơ học kỹ thuật - GS.TSKH Nguyễn Văn Khang - NXB Giáo dục Việt Nam (trang 13 đến trang 22); - Cơ học kỹ thuật - Tập 1 - GS.TSKH Đỗ Sanh - NXB Giáo dục Việt Nam (trang 9 đến trang 25). |
