Ngẫu lực là gì? Công thức tính momen ngẫu lực

Chu Văn An

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 nhiều em vẫn chưa thực sự hiểu rõ. Vì vậy, trong bài viết hôm nay Trường Chu Văn An sẽ giúp các bạn hiểu mô men xoắn là gì và công thức tính mô men xoắn để áp dụng khi cần thiết.

1. Lực là gì?

Lực cộng hưởng là khái niệm dùng để chỉ hệ gồm hai lực. Chúng có độ lớn bằng nhau nhưng song song và ngược chiều. Khi đó, hai lực cùng tác dụng lên vật nào đó.

Đối với một vật, mô men xoắn chỉ làm cho nó quay chứ không chuyển động. Do đó, độ lớn của mô men xoắn tỷ lệ thuận với lực và khoảng cách đến trục quay tính từ vị trí của lực. Đồng thời, mô men xoắn cũng có độ lớn tỷ lệ thuận với trục quay và góc giữa phương của lực.

Nói một cách đơn giản, mô men xoắn là lực tác dụng lên một vật bất kỳ, làm cho vật đó quay quanh một trục cố định.

Ví dụ về lực:

• Sử dụng tuốc nơ vít để siết chặt các ốc vít.
• Bật vòi bằng tay.
• Tác động lên vô lăng ô tô khi đi qua khúc cua.

Tìm hiểu về lực ngẫu nhiên

2. Tác dụng của mômen xoắn lên vật rắn

Trong trường hợp vật có trục quay cố định hoặc không có trục quay thì sẽ chịu tác dụng của mômen quay khác nhau. Vậy mô men quay có tác dụng gì? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết dưới đây.

2.1. Trường hợp vật có trục quay cố định

Khi một vật có trục quay cố định sẽ tạo ra các tác dụng sau:

Vận tốc của vật rắn sẽ thay đổi theo hướng tăng hoặc giảm. Vận tốc tăng khi hướng của mô men xoắn và hướng của vật rắn cùng hướng. Đồng thời, vận tốc sẽ giảm khi chiều mô men quay ngược với chiều quay của vật rắn.

Tác dụng chính của mô men quay là làm cho một vật rắn quay quanh một trục cố định. Lực chuyển động tròn quanh trục quay nếu trục này không đi qua trọng tâm. Khi đó vật sẽ tác dụng lực lên trục quay và chuyển động ly tâm. Lực càng lớn và vận tốc càng cao thì khả năng xảy ra gãy xương càng cao. Vì vậy, khi chế tạo các chi tiết cơ khí hay chi tiết máy cần thiết kế sao cho trục quay đi qua trọng tâm.

Ngoài ra, mômen quán tính của vật rắn cũng bị thay đổi bởi mô men quay. Mô-men xoắn càng lớn thì mô-men xoắn càng lớn.

Tác dụng của mô men xoắn lên vật quay có trục cố định

2.2. Trường hợp vật không có trục cố định

Nếu vật không có trục cố định sẽ xảy ra các trường hợp sau:

• Trọng tâm đứng yên nên trục quay không chịu tác dụng lực khi đi qua trọng tâm của vật.
• Một vật rắn quay quanh một trục cố định khi tác dụng một mô men xoắn. Hướng quay của một vật rắn trùng với hướng của mô men xoắn. Khi đó vật sẽ vuông góc với mặt phẳng chứa mômen quay và quay quanh trục đi qua trọng tâm của mô men xoắn đó.

Tác dụng của mô men xoắn lên vật rắn

3. Cách tính mô men xoắn

Mô-men xoắn là gì? Theo đó, mô men xoắn của mô men xoắn không phụ thuộc vào vị trí của trục quay. Với điều kiện là trục vuông góc với mặt phẳng chứa mô men xoắn. Khi đó mô men xoắn luôn có giá trị tính theo công thức: M = F1.d1 + F2.d2 = F(d1 + d2) = Fd

Trong đó:

• M là mô men lực, đơn vị tính là Nm
• F là độ lớn của lực, đơn vị N.
• d là khoảng cách giữa hai giá của hai lực tổng hợp hay còn gọi là cánh tay đòn của mô men xoắn, có đơn vị m.

Ngoài ra, dựa vào công thức tính mô men xoắn có thể xác định được độ lớn của từng lực hoặc cánh tay đòn của mô men xoắn:

• Độ lớn mô men xoắn được tính theo công thức: F = M/d
• Cánh tay mô men xoắn d = M/F

4. Ứng dụng mô-men xoắn

Hiểu được lực là gì sẽ giúp ích rất nhiều trong cuộc sống. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của mô-men xoắn:

• Mô-men xoắn ứng dụng trong thể thao và giải trí: Quần vợt, cầu lông, bóng đá… đều liên quan đến mô-men xoắn.
• Ô tô: Ứng dụng trong thiết kế hệ thống phanh và lái ô tô. Đồng thời giúp người lái điều chỉnh chuyển động trong quá trình di chuyển đảm bảo an toàn.
• Ứng dụng trong ngành điện: Dùng trong 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 ghi âm như máy ảnh, ổ cứng…

Mô-men xoắn được ứng dụng trong hệ thống phanh và lái của ô tô

5. Bài tập về mô-men xoắn

Thông qua kiến ​​thức mô men xoắn là gì chúng ta cùng tìm hiểu một số bài tập tham khảo dưới đây:

Bài 1: Một mô men xoắn có độ lớn 20N. Khoảng cách giữa hai lực dài khoảng 30cm. Vậy mô men xoắn là bao nhiêu?

Cách thực hiện: Áp dụng công thức: M = Fd = 20.0.3 = 6Nm.

Bài 2: Dùng tuốc nơ vít siết chặt các ốc vít bằng tay. Khi đó, lực mà bàn tay tác dụng lên tuốc nơ vít là bao nhiêu?

Trả lời: Lực do tay tác dụng lên tuốc nơ vít gọi là mô men xoắn.

Hy vọng những chia sẻ trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về lực là gì. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về lực, vui lòng liên hệ Trường Chu Văn An theo số hotline để được tư vấn và giải đáp tận tình.