Ngẫu lực là gì? Công thức tính momen ngẫu lực

Ngẫu lực có liên quan đến sự chuyển động và cân bằng của chất rắn. Đây là kiến thức vật lý đã được học trong chương trình lớp 10 nhưng vẫn còn nhiều người chưa thực sự hiểu rõ về nó. Do đó trong bài viết hôm nay, VietChem sẽ giúp các bạn hiểu ngẫu lực là gì và công thức tính momen ngẫu lực để áp dụng khi cần thiết.

1. Ngẫu lực là gì?

Ngẫu lực là khái niệm dùng để chỉ hệ hai lực. Chúng có độ lớn bằng nhau nhưng song song và ngược chiều nhau. Khi đó, hai lực cùng tác dụng vào một vật bất kỳ.

Đối với một vật, ngẫu lực chỉ khiến chúng quay chứ không di chuyển. Vì thế, độ lớn của ngẫu lực tỉ lệ thuận với lực và khoảng cách đến trục quay tính từ vị trí đặt của lực. Đồng thời, ngẫu lực còn có độ lớn tỉ lệ thuận với trục quay và góc giữa hướng của lực.

Có thể hiểu đơn giản, ngẫu lực chính là lực tác động lên một vật bất kỳ khiến vật đó quay quanh một trục cố định.

Ví dụ về ngẫu lực:

• Dùng tô vít để vặn đinh ốc.
• Vặn vòi nước bằng tay.
• Tác động vào tay lái xe ô tô khi đi qua đoạn đường ngoặt.

Tìm hiểu về ngẫu lực

2. Tác dụng của ngẫu lực với vật rắn

Đối với trường hợp vật có trục quay cố định hoặc không có trục quay sẽ chịu tác dụng khác nhau của ngẫu lực. Vậy tác dụng của ngẫu lực là gì thì các bạn hãy cùng tìm hiểu cụ thể dưới đây.

2.1. Trường hợp vật có trục quay cố định

Khi vật có trục quay cố định sẽ tạo nên các tác động sau:

Vận tốc của vật rắn sẽ bị thay đổi theo chiều hướng tăng hoặc giảm. Vận tốc tăng lên khi chiều của ngẫu lực và chiều của vật rắn cùng hướng. Đồng thời, vận tốc sẽ giảm đi khi chiều của ngẫu lực ngược chiều quay của vật rắn.

Tác dụng chính của ngẫu lực là làm cho vật rắn quay quanh trục cố định. Lực chuyển động tròn quanh trục quay nếu trục này không qua trọng tâm. Khi đó, vật sẽ tác dụng lực vào trục quay và chuyển động li tâm. Lực càng lớn, vận tốc càng cao rất dễ xảy ra tình trạng đứt gãy. Do đó, khi chế tạo các bộ phận cơ khí hay bộ phận của máy móc thì cần thiết kế sao cho trục quay đi qua trọng tâm.

Ngoài ra, momen quán tính của vật rắn cũng bị thay đổi bởi ngẫu lực. Momen càng lớn thì ngẫu lực càng lớn.

Tác dụng của ngẫu lực với vật quay có trục cố định

2.2. Trường hợp vật không có trục cố định

Nếu vật không có trục cố định thì sẽ xảy ra một số trường hợp sau:

• Trọng tâm đứng yên nên trục quay không chịu lực tác dụng khi đi qua trọng tâm của vật.
• Vật rắn quay quanh trục cố định khi có ngẫu lực tác dụng lên. Chiều quay của vật rắn cùng với chiều của ngẫu lực. Khi đó, vật sẽ vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực và quay quanh trục đi qua trọng tâm của ngẫu lực.

Tác dụng của ngẫu lực đối với vật rắn

3. Cách tính momen ngẫu lực

Momen ngẫu lực là gì? Theo đó, momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay. Với điều kiện trục đặt vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực. Khi đó, momen ngẫu lực luôn có giá trị được tính theo công thức: M = F1.d1 + F2.d2 = F(d1 + d2) = F.d

Trong đó:

• M là momen của lực với đơn vị tính là N.m.
• F là độ lớn của lực với đơn vị tính là N.
• d là khoảng cách giữa hai giá của hai lực hợp thành hay còn gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực có đơn vị tính là m.

Ngoài ra, dựa vào công thức tính momen ngẫu lực, có thể xác định được độ lớn của mỗi lực hay cánh tay đòn của ngẫu lực:

• Độ lớn của ngẫu lực được tính theo công thức: F = M/d
• Cánh tay đòn của ngẫu lực d = M/F

4. Ứng dụng của ngẫu lực

Hiểu rõ được ngẫu lực là gì sẽ giúp ích rất nhiều cho cuộc sống. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của ngẫu lực:

• Ngẫu lực ứng dụng trong thể thao và giải trí: Các môn quần vợt, cầu lông, bóng đá… đều có liên quan đến momen ngẫu lực.
• Phương tiện giao thông: Ứng dụng trong thiết kế phanh và hệ thống lái của xe hơi. Đồng thời giúp người lái điều chỉnh chuyển động trong quá trình di chuyển để đảm bảo an toàn.
• Ứng dụng trong ngành điện: Dùng trong động cơ máy phát điện, động cơ điện…

• Ứng dụng trong cơ khí: Tạo chuyển động quay trong quá trình hoạt động của máy bơm, động cơ…
• Ứng dụng trong điện tử: Dùng để sản xuất các thiết bị quay như máy ảnh, ổ cứng…

Ngẫu lực được ứng dụng ở phanh và hệ thống lái của xe hơi

5. Bài tập về ngẫu lực

Thông qua kiến thức về ngẫu lực là gì, các bạn hãy cùng tìm hiểu một số bài tập tham khảo dưới đây:

Bài tập 1: Một ngẫu lực có độ lớn 20N. Khoảng cách giữa hai lực có chiều dài khoảng 30cm. Vậy momen ngẫu lực bằng bao nhiêu?

Cách làm: Áp dụng công thức: M = F.d = 20.0.3 = 6Nm.

Bài tập 2: Dùng tua vít bằng tay vặn chặt đinh vít. Khi đó, lực của tay tác dụng lên tua vít là loại lực gì?

Câu trả lời: Lực của tay tác dụng lên tua vít gọi là một ngẫu lực.

Hy vọng với những chia sẻ trên đã giúp các bạn hiểu rõ hơn về ngẫu lực là gì. Nếu muốn tìm hiểu nhiều hơn về ngẫu lực, các bạn hãy liên hệ với VietChem theo số hotline để được tư vấn và giải đáp tận tình.