THÍ NGHIỆM CÂN BẴNG CỦA VẬT RẮN CƠ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH

CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN CÓ
TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH.
MOMEN LỰC
* Mục đích thí nghiệm : Thí nghiệm khảo sát xây dựng khái niệm momen lực.
* Chức năng lý luận dạy học : hình thành kiến thức mới cho học sinh.
* Dụng cụ thí nghiệm:

- Một đĩa momen có giá đỡ
- Một thanh sắt có gắn ròng rọc
- Hộp quả cân
- Thước dài chia đến mm
- Cuộn chỉ
* Bố trí và tiến hành thí nghiệm:

Nguyên tắc hoạt động của đĩa tròn momen: trục quay của đĩa momen đi qua trọng tâm của đĩa nên trọng lực bị khử bởi phản lực của trục quay và do đó đĩa luôn cân bằng ở mọi vị trí, trên mặt đĩa có vạch những vạch tròn đồng tâm với bán kính tăng dần và có những lỗ tròn đối xứng qua tâm để gắn các vật vào.
* Tiến hành thí nghiệm
Tác dụng vào đĩa 2 lực và (nằm trong mặt phẳng của đĩa) điều chỉnh cho dĩa đứng yên.
Sau đó ta chỉ treo các quả cân để tạo ra lực như hình vẽ rồi thả nhẹ tay thì đĩa sẽ quay theo chiều kim đồng hồ.
Ngược lại khi không có lực thì lực sẽ làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ.
Nhận xét:

Đối với những vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm quay. Đĩa cân bằng khi tác dụng làm quay theo chiều kim đồng hồ của lực này bằng tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ của lực kia.

Như vậy khi ta tác dụng đồng thời vào đĩa 2 lực và thì vật quay hay không ? khi đĩa cân bằng ta giải thích sự cân bằng của vật như thế nào ?
Khi lực  (hoặc  ) thì ta thấy đĩa sẽ không cân bằng.
Điều chỉnh điểm đặt, giá và độ lớn của lực cho đến khi đĩa đứng yên.
Sở dĩ đĩa đứng yên là vì tác dụng làm quay của lực cân bằng với tác dụng làm quay của lực .
Đĩa quay được là do tác dụng làm quay của lực, cụ thể trong thí nghiệm này là lực (  ) hoặc (  ), vậy có một đại lượng vật lí có thể đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực, đại lượng này phải có giá trị như nhau đối với 2 lực và .
Qua thí nghiệm ta thấy đĩa quay được là do tác dụng làm quay của lực, vậy tại sao ta không lấy lực nào đó làm đại lượng luôn mà phải tốn công đi tìm đại lượng mới.
Nhìn vào hình vẽ ta thấy khi đĩa cân bằng rõ ràng hai lực và không bằng nhau; mà khi đĩa cân bằng thì còn phụ thuộc vào vào đại lượng nữa đó là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
d1: là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực .
d2: là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực .
Ở tại vị trí cân bằng của đĩa khi được treo các quả cân vào: khi lập tích F1d1 v à F2d2 thì lúc này cho ta F1d1 = F2d2 = const.
Để thí nghiệm đi đến kết luận khách quan và chính xác ta lặp lại thí nghiệm bằng cách thay đổi khoảng cách d1 và độ lớn sao cho đĩa vẫn đứng yên thì lúc này ta vẫn thu được kết quả : F1d1 = F2d2.
Qua thí nghiệm vừa thực hiện và nhiều thí nghiệm tương tự khác ta cơ sở để lấy tích Fd làm đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay và đại lượng này được gọi là momen lực ta kí hiệu là M.
Khi đó M = Fd
Trong đó : d – cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực
Từ biểu thức này ta có định nghĩa momen lực như sau:
“ Monmen lực đối với một trục quay cố định là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.”
Đơn vị c ủa momen lực là N.m