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 hồ.
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 ?
GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 3 :
GV : Lực F1 làm đĩa quay theo chiều
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.
Momen quán tính của vật rắn là
đại lượng vô hướng, có tính cộng
được, phụ thuộc vào hình dạng,
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 nhau
như thế nào ?
GV : Đặt I = m . R2 từ đó giáo viên
hình thành khái niệm moment quán
tính.
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.
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
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
, là khoảng cách giữa đường tác dụng của lực
F
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)
+ M : momen lực (N.m)
3. Momen quán tính của chất điểm đối với một trục :
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)
4. Momen quán tính của vật rắn đối với một trục :
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.