Momen là xu hướng của một lực làm quay một vật quanh một trục. Lượng momen xoắn tác dụng

Momen là xu hướng của một lực làm quay một vật quanh một trục. Lượng momen xoắn tác dụng lên một vật phụ thuộc vào cả lực tác dụng ($F$) và chiều dài của cánh tay đòn ($d$), là khoảng cách giữa lực tác dụng và điểm xoay.

Giả sử lực vuông góc với cánh tay đòn, phương trình mô-men xoắn như sau: $M = F.d$

Trọng lượng là một lực thường tạo ra một mô-men xoắn. Trọng lượng của một vật thể được xác định bởi khối lượng của nó ($m$) và bởi gia tốc do trọng trường ($g$), trên Trái Đất bằng 9,8 m/s². Vì trọng lượng là một loại lực nên nó được đo bằng Newton (N).

Một học sinh thực hiện hai thí nghiệm khảo sát momen lực và trọng lượng.

Thí nghiệm 1:

Thiết kế một hệ thống đòn bẩy như sơ đồ 1 dưới đây. Quả nặng 30 N được treo ở phía bên trái, ở mốc 0,35 m. Sau đó, học sinh treo một quả nặng $M$ vào phía còn lại và xác định vị trí của quả nặng đó sao cho thước đo thăng bằng. Kết quả của các lần thực hiện được ghi lại trong bảng 1.

Thí nghiệm 2:

Học sinh dùng 4 khối A, B, C, D. Đầu tiên, treo khối A ở vạch O của thước đo trên đòn bẩy và vật B ở vị trí 1m. Sau đó di chuyển thước đo sao cho đến vị trí hệ cân bằng. Hệ thống được biểu diễn trong Sơ đồ 2. Kết quả vị trí cân bằng của đòn bẩy qua các lần thí nghiệm được ghi lại trong bảng 2:

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Thông hiểu

Điền từ/cụm từ vào chỗ trống:

Trong thí nghiệm 1, khi khối lượng quả nặng tăng lên thì vị trí cân bằng của nó dịch chuyển về phía bên ......

Đáp án:

Đáp án đúng là: trái

Xem lời giải

Câu hỏi:978993

Phương pháp giải

Quan sát và phân tích sự thay đổi số liệu của trọng lượng quả nặng $M$ và vị trí cân bằng tương ứng trong Bảng 1.

Giải chi tiết

Từ số liệu ở Bảng 1, ta thấy khi trọng lượng quả nặng $M$ tăng dần từ $10\text{N}$ đến $60\text{N}$, vị trí cân bằng tương ứng giảm dần từ $0,95\text{m}$ xuống $0,5750\text{m}$.

Điểm tựa của đòn bẩy đặt cố định tại vạch $0,5\text{~m}$. Do đó, vị trí cân bằng của quả nặng $M$ dịch chuyển về gần điểm tựa hơn, tức là chuyển dịch về phía bên trái (hay về phía điểm tựa).

Từ/cụm từ cần điền: trái

Đáp án cần điền là: trái

Câu hỏi số 2:

Thông hiểu

Câu nào sau đây so sánh Thí nghiệm 1 với Thí nghiệm 2 là SAI?

A. Thí nghiệm 1 đã sử dụng các khối đã biết trọng lượng; Thí nghiệm 2 đã sử dụng khối chưa biết trọng lượng.

B. Thí nghiệm 1 liên quan đến một vị trí điểm tựa cố định; Thí nghiệm 2 liên quan đến một điểm tựa có thể di chuyển.

C. Thí nghiệm 1 và 2 liên quan đến các ngẫu lực không bằng nhau ở cả hai phía của điểm tựa.

D. Thí nghiệm 1 và 2 liên quan đến các trọng lượng tạo ra momen xoắn bằng nhau ở cả hai bên của điểm tựa.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:978994

Phương pháp giải

Dựa vào nguyên lí cân bằng của đòn bẩy (tổng momen lực theo hai chiều quay quanh điểm tựa phải bằng nhau) và đặc điểm thiết kế của từng thí nghiệm.

Giải chi tiết

A đúng: Thí nghiệm 1 dùng quả nặng $30\text{N}$ và các trọng lượng $M$ đã biết số liệu; Thí nghiệm 2 dùng các khối A, B, C, D chưa biết trước trọng lượng.

B đúng: Thí nghiệm 1 giữ cố định điểm tựa tại vạch $0,5\text{m}$; Thí nghiệm 2 di chuyển điểm tựa để tìm vị trí cân bằng.

D đúng: Điều kiện cân bằng của đòn bẩy trong cả hai thí nghiệm là momen xoắn do trọng lượng các vật tạo ra ở hai bên điểm tựa phải bằng nhau ($M_{1} = M_{2}$).

C sai: Các lực trọng trường tác dụng ở hai bên điểm tựa không tạo thành ngẫu lực (ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau cùng tác dụng vào một vật). Đồng thời, để đòn bẩy cân bằng thì momen lực ở hai bên phải bằng nhau.

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 3:

Vận dụng

Giả sử nếu học sinh thực hiện Thí nghiệm 2 trên Sao Hỏa, ở đó gia tốc do trọng trường bằng 3,7 m/s². Kết quả của thí nghiệm sẽ:

	Đúng	Sai
a) Có thay đổi, vì trọng lượng của các khối sẽ thay đổi.
b) Có thay đổi, bởi vì mối quan hệ giữa trọng số của các khối sẽ thay đổi.
c) Không thay đổi, vì trọng lượng của các khối sẽ không thay đổi.
d) Không thay đổi, bởi vì mối quan hệ giữa trọng lượng của các khối sẽ không thay đổi.

Đáp án đúng là: S; S; S; Đ

Xem lời giải

Câu hỏi:978995

Phương pháp giải

Áp dụng điều kiện cân bằng momen lực cho hệ đòn bẩy:

$\left. P_{1}d_{1} = P_{2}d_{2}\Leftrightarrow m_{1}gd_{1} = m_{2}gd_{2}\Leftrightarrow m_{1}d_{1} = m_{2}d_{2} \right.$

Sử dụng công thức liên hệ giữa trọng lượng và khối lượng: $P = m.g$.

Giải chi tiết

Khi thực hiện thí nghiệm trên Sao Hỏa ($g = 3,7\text{m/s}^{2}$), do gia tốc trọng trường $g$ nhỏ hơn trên Trái Đất nên trọng lượng ($P = m.g$) của các khối đều thay đổi (giảm đi).

Tuy nhiên, tỉ số trọng lượng (mối quan hệ giữa trọng lượng) của hai khối bất kì là:

$\dfrac{P_{1}}{P_{2}} = \dfrac{m_{1}g}{m_{2}g} = \dfrac{m_{1}}{m_{2}}$

Tỉ số này chỉ phụ thuộc vào khối lượng của các vật nên không thay đổi.

Vì phương trình cân bằng vị trí $\dfrac{d_{2}}{d_{1}} = \dfrac{P_{1}}{P_{2}}$ chỉ phụ thuộc vào tỉ số trọng lượng, nên kết quả vị trí cân bằng trên đòn bẩy không thay đổi.

Ý a: SAI. Trọng lượng thay đổi nhưng kết quả thí nghiệm không đổi.

Ý b: SAI. Mối quan hệ/tỉ số trọng lượng giữa các khối không đổi.

Ý c: SAI. Trọng lượng của các khối có thay đổi vì g thay đổi.

Ý d: ĐÚNG. Kết quả không đổi vì mối quan hệ giữa trọng lượng các khối không đổi.

Đáp án cần chọn là: S; S; S; Đ

Câu hỏi số 4:

Vận dụng

Giả sử rằng học sinh đã sử dụng một khối khác trong Thí nghiệm 1 và vị trí của khối đó là 0,5675 m. Trọng lượng của khối rất có thể là:

A. 60 N.

B. 70 N.

C. 80 N.

D. 90 N.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:978996

Phương pháp giải

Áp dụng phương trình cân bằng momen lực đối với điểm tựa ở vị trí $0,5\text{m}$:

$P_{1} \cdot d_{1} = M \cdot d_{2}$

Trong đó:

$P_{1} = 30\text{~N}$ ở vạch $\left. 0,35\text{m}\Rightarrow d_{1} = 0,5 - 0,35 = 0,15\text{m} \right.$.

$M$ ở vạch $\left. x = 0,5675\text{m}\Rightarrow d_{2} = x - 0,5\text{m} \right.$.

Giải chi tiết

Cánh tay đòn của quả nặng cố định $30\text{N}$ là:

$d_{1} = 0,5 - 0,35 = 0,15\text{m}$

Cánh tay đòn của quả nặng $M$ ở vị trí $0,5675\text{m}$ là:

$d_{2} = 0,5675 - 0,5 = 0,0675\text{m}$

Áp dụng phương trình cân bằng momen lực:

$\left. 30.0,15 = M.0,0675\Rightarrow M = \dfrac{30.0,15}{0,0675} \approx 66,7\text{N} \right.$

Nhận xét xu hướng từ Bảng 1: Khi trọng lượng $M$ tăng thì vị trí cân bằng tiến sát về $0,5\text{m}$. Tại $M = 60\text{N}$, vị trí là $0,5750\text{m}$. Với vị trí $0,5675\text{m} < 0,5750\text{m}$, trọng lượng $M$ phải lớn hơn $60\text{~N}$. Giá trị tính toán $66,7\text{N}$ gần sát nhất với đáp án 70 N.

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Dựa vào kết quả của thí nghiệm 2, hãy cho biết thứ tự đúng của 4 khối từ khối lượng lớn nhất đến khối lượng nhỏ nhất là bao nhiêu?

A. A, B, C, D.

B. B, C, A, D.

C. D, C, A, B.

D. D, A, C, B.

Đáp án đúng là: D

Xem lời giải

Câu hỏi:978997

Phương pháp giải

Sử dụng điều kiện cân bằng đòn bẩy cho hai vật treo ở 2 đầu thước (vạch $0\text{m}$ bên trái và vạch $1\text{m}$ bên phải).

Gọi $x$ là vị trí cân bằng của điểm tựa:

$\left. m_{\text{trái}} \cdot x = m_{\text{phai}} \cdot (1 - x)\Rightarrow\dfrac{m_{\text{phai}}}{m_{\text{trái}}} = \dfrac{x}{1 - x} \right.$

Nếu $\left. x < 0,5\text{~m}\Rightarrow m_{\text{trái}} > m_{\text{phai}} \right.$.

Nếu $\left. x > 0,5\text{~m}\Rightarrow m_{\text{trái}} < m_{\text{phai}} \right.$.

Giải chi tiết

Vật A luôn được treo ở vạch $0\text{~m}$ (bên trái).

Thí nghiệm A và B: $\left. x = 0,2\text{~m}\Rightarrow\dfrac{m_{B}}{m_{A}} = \dfrac{0,2}{1 - 0,2} = 0,25\Rightarrow m_{B} = 0,25m_{A} \right.$.

Thí nghiệm A và C: $\left. x = 0,429\text{~m}\Rightarrow\dfrac{m_{C}}{m_{A}} = \dfrac{0,429}{1 - 0,429} \approx 0,75\Rightarrow m_{C} \approx 0,75m_{A} \right.$.

Thí nghiệm A và D: $\left. x = 0,6\text{~m}\Rightarrow\dfrac{m_{D}}{m_{A}} = \dfrac{0,6}{1 - 0,6} = 1,5\Rightarrow m_{D} = 1,5m_{A} \right.$.

So sánh khối lượng các khối theo $m_{A}$:

$m_{D}(1,5m_{A}) > m_{A}(1m_{A}) > m_{C}(0,75m_{A}) > m_{B}(0,25m_{A})$

Thứ tự từ khối lượng lớn nhất đến nhỏ nhất là: D, A, C, B.

Đáp án cần chọn là: D

Câu hỏi số 6:

Nhận biết

Đơn vị nào sau đây viết đúng đơn vị của momen lực trong những thí nghiệm này?

A. N.

B. N.m.

C. N/m.

D. m²/s².

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:978998

Phương pháp giải

Dựa vào công thức tính momen lực: $M = F.d$.

Giải chi tiết

Trong công thức $M = F.d$, lực $F$ có đơn vị là Newton ($\text{N}$), cánh tay đòn $d$ có đơn vị là mét

($\text{m}$).

Do đó, trong hệ SI, đơn vị của momen lực là Newton nhân mét ($\text{N}\text{.m}$).

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 7:

Vận dụng

Giả sử rằng học sinh từ Thí nghiệm 1 tác dụng một lực nhỏ hướng lên trên thước đo ở phía bên trái của đòn bẩy. Điều này có ảnh hưởng gì, nếu có, đối với vị trí cân bằng của các quả nặng trong thí nghiệm này?

A. Tất cả các vị trí cân bằng sẽ chuyển dịch sang trái.

B. Tất cả các vị trí cân bằng sẽ chuyển dịch sang phải.

C. Một số vị trí cân bằng sẽ dịch chuyển sang trái, một số vị trí cân bằng khác dịch chuyển sang phải.

D. Mọi vị trí cân bằng sẽ không đổi.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:978999

Phương pháp giải

Phân tích sự thay đổi momen quay tác dụng lên hai phía của đòn bẩy khi xuất hiện thêm ngoại lực.

Giải chi tiết

Ban đầu đòn bẩy cân bằng:

$\left. M_{\text{trái}} = M_{\text{phai}}\Leftrightarrow P_{1}.d_{1} = M.d_{2} \right.$

Khi tác dụng một lực nhỏ hướng lên trên ở phía bên trái điểm tựa, lực này tạo ra một momen làm quay thước cùng chiều kim đồng hồ (làm giảm tác dụng quay ngược chiều kim đồng hồ của quả nặng $30\text{N}$).

Để thước tiếp tục duy trì trạng thái cân bằng, momen lực phía bên phải ($M \cdot d_{2}$) buộc phải giảm xuống để bằng với tổng momen hiệu dụng bên trái.

Do trọng lượng quả nặng $M$ không đổi nên cánh tay đòn $d_{2}$ phải giảm.

Cánh tay đòn $d_{2}$ giảm đồng nghĩa với việc quả nặng $M$ phải di chuyển về gần điểm tựa hơn, tức là dịch chuyển sang bên trái. Điều này đúng với toàn bộ các lần thử, nên tất cả các vị trí cân bằng đều dịch chuyển sang trái.

Đáp án cần chọn là: A

Quảng cáo

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòng- Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.