MOMEN LỰC MOMEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN
I / MỤC TIÊU :
Hiểu được khái niệm momen lực là một đại lượng vật lí, đặc trưng
cho tác dụng của lực làm quay vật rắn quanh một trục, momen lực là
một đại lượng đại số.
Nắm vững được công thức tính momen lực đối với một trục, cách xác
định dấu của momen lực.
Hiểu được cách xây dựng biểu thức định luật II Niu-tơn dưới dạng
khác làm xuất hiện biểu thức momen lực và momen quán tính.
Hiểu khái niệm momen quán tính đối với một trục của một chất điểm
và của vật rắn.
II / CHUẨN BỊ :
1 / Giáo viên :
Giáo viên chuẩn bị trước dụng cụ thí nghiệm :
 Đĩa moment.
 Hộp quả cân.
 Thước thẳng.
 Thanh có tiết diện nhỏ, vành tròn, đĩa tròn, hình cầu đặc.
2 / Học sinh :
 Đòn bẩy : cánh tay đòn và tác dụng lực trong đòn bẩy.
Ôn lại phần các định luật Newton ở SGK lớp 10.
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Đĩa quay
HS : Đĩa không
HS : Tự ghi nhận xét : Đối với vật
rắn quay được quanh một trục cố
định, lực chỉ có tác dụng làm vật
quay khi giá của lực không đi qua
trục quay.
Hoạt động 2 :
HS : Đĩa quay theo chiều kim đồng
GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 1
:
GV : Em có nhận xét gì về sự quay
của đĩa khi chịu tác dụng của một
lực ?
GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 2:
GV : Em có nhận xét gì về sự quay
của đĩa khi chịu tác dụng của một
lực ?
GV : Đối với vật rắn quay được
quanh một trục cố định, lực chỉ có
tác dụng làm vật quay khi nào ?
hồ.
HS : Đĩa quay ngược chiều kim đồng
hồ.
HS : F1.d1 = F2.d2
HS : Tự ghi khái niệm moment lực.
Hoạt động 3 :
Momen quán tính của chất
điểm đối với một trục đặc
trưng cho mức quán tính (sức
i) của chất điểm đó đối với
chuyển động quay quanh trục
đó.
I = m.r2
Đơn vị : m : (kg); r2 : (m2); I :
(kg.m2)
Momen quán tính của vật rắn
đối với một trục đặc trưng cho
mức quán tính (sức i) của vật
rắn đối với trục quay đó.
GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 3
:
GV : Lực F1 làm đĩa quay theo chiều
nào ?
GV : Lực F2 làm đĩa quay theo chiều
nào ?
GV : Em có nhận xét gì về tích số
của lực và cánh tay đòn ?
GV : Hướng dẫn học sinh hình
thành phương chuyển động quay ?
GV : Thành phần nào của lực gây ra
chuyển quay ?
GV : Theo định luật II Newton nó
được viết như thế nào ?
GV : Gia tốc góc và gia tốc tiếp
tuyến có mối quan hệ như thế nào ?
GV : Nhân 2 vế cho R, ta có gì ?
GV : Ftt có mối quan hệ với lực F
như thế nào ?
GV : R và d có mối quan hệ với
Momen quán tính của vật rắn
là đại lượng vô hướng, có tính
cộng được, phụ thuộc vào hình
dạng, kích thước, phân bố khối
lượng của vật và tùy thuộc trục
quay.
I =
2
.
i i
i
m r
Hoạt động 4 :
HS : Tự ghi các công thức moment
quán tính của 1 số vật có dạng hình
học đặc biệt trong sách giáo khoa
trang 13.
nhau như thế nào ?
GV : Đặt I = m . R2 từ đó giáo viên
hình thành khái niệm moment quán
tính.
GV : Hướng dẫn học sinh xem hình
3.5
III / NỘI DUNG :
1. Momen lực đối với trục quay
Đối với vật rắn quay quanh trục cố định : lực chỉ có tác dụng làm vật
quay khi giá của lực không đi qua trục quay hoặc không song song
với trục quay.
Tác dụng của 1 lực lên vật rắn có trục quay cố định không chỉ phụ
thuộc vào độ lớn của lực mà còn phụ thuộc vào vị trí của điểm đặt và
phương tác dụng của lực đối với trục quay.
Momen lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực.
Momen của lực
F
ur
đối với trục quay có độ lớn bằng : M = F.d
Với + F : độ lớn lực tác dụng lên vật (N)
+ d : cánh tay đòn của lực
F
ur
, là khoảng cách giữa đường tác dụng của
lực
F
ur
và trục quay (m)
+ M : momen của lực
F
(N.m)
Momen lực là một đại lượng đại số (momen còn đặc trưng cho chiều
tác động của lực) : momen lực có giá trị dương khi lực có xu hướng
làm vật quay theo chiều (+) và ngược lại.
2. Chuyển động tròn của chất điểm. Dạng khác của định luật II Niutơn
Đối với vật rắn quay quanh một trục cố định, chỉ có thành phần lực
tiếp tuyến với quỹ đạo của điểm đặt mới làm cho vật quay.
Dạng khác của định luật II Niutơn hay phương trình động lực học của
chất điểm quay quanh 1 trục.
M = I.
Với : + I = m.r2 : momen quán tính của chất điểm đối với trục quay (kg.m2)
+ : gia tốc góc (rad/s2)