BÀI 22. NGẪU LỰC

Click để về mục lục

 

22

 

NGẪU
LỰC

 

 

 

 1. Kiến thức

  – Phát biểu
được định nghĩa ngẫu lực.

  – Viết được công thức tính momen
của ngẫu lực.

2. Kỹ năng

  – Vận dụng
được khái niệm ngẫu lực để giải thích một số hiện tượng vật lí
thường gặp trong đời sống và kĩ thuật.

  – Vận dụng
được công thức tính momen của ngẫu lực để làm những bài tập trong
bài.

  – Nêu được
một số ví dụ về ứng dụng của ngẫu lực trong thực tế và trong kĩ
thuật.

 

 

Dùng tay vặn vòi nước,
ta đã tác dụng vào vòi nước những lực có đặc điểm gì? Khi chế tạo
bánh xe, bánh đà, tại sao phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm
của các vật đó?

 

 

I – NGẪU LỰC

 1. Định nghĩa

  Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau cùng
tác dụng vào một vật gọi là
ngẫu lực.

 2. Ví dụ

 Dùng tay vặn vòi nước (Hình 21.1).

  Dùng tuavit ta tác dụngvào đinh vít một ngẫu lực.

  Khi ôtô (hoặc xe đạp) sắp qua khúc đường quặt A, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay
lái – vô lăng (hoặc ghi- đông), … (Hình 21.2,3).

 

Hình
21.1

 

Hình
21.2

 

Hình
21.3

1.
Ngẫu lực có ảnh hưởng như thế nào đối với vật rắn?

II – TÁC DỤNG  CỦA NGẪU LỰC ĐỐI VỚI MỘT VẬT RẮN

 1.    
Trường hợp vật không có trục quay cố định

Thí nghiệm và lí thuyết đều cho thấy nếu vật chỉ chịu tác dụng của một ngẫu lực
thì nó sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa
ngẫu lực (Hình 21.4).

 2. Trường hợp vật có trục quay cố định

 Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay
quanh trục cố định đó. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng
tâm sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay (Hình 21.5). Trục quay
phải tạo ra lực liên kết để giữ trọng tâm chuyển động trên quỹ đạo. Nếu vật rắn
quay quá nhanh, lực liên kết quá lớn thì trục có thể gẫy.

 
Vì vậy, khi chế tạo các
bộ phận quay của máy móc (như bánh đà, bánh xe ô tô, cánh quạt, vô lăng,…) thì phải làm sao cho
trọng tâm nằm đúng trên trục quay.

Hình
21.4

 

 

 

 

 

 

Hình
21.5

 3. Momen ngẫu lực

M = F.d   
(22.1)

 
Trong đó:

     
F: độ lớn của mỗi lực (N).

      d: khoảng cách giữa hai giá của hai lực gọi là cánh tay đòn
của ngẫu lực (m) (Hình 21.6).

 
Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay, miễn là
trục quay vuông góc với mặt phẳng của ngẫu lực.

 

 

Hình
21.6

 

Bài tập ví dụ.
Một thanh đồng chất dài L trọng lượng P, được giữ nằm ngang nhờ
đầu O được gắn vào tường bằng một bản lề, còn đầu A được treo
một vật có trọng lượng P1 và được giữ bằng một sợi
dây buộc với tường (hình vẽ). Dây treo làm với tường một góc <![if !vml]><![endif]>.
Hãy tìm lực căng của dây?

<![if !vml]><![endif]>

Giải:

Thanh chịu tác
dụng của
<![if !vml]><![endif]>

Chọn O là trục
quay.

Ta có:
<![if !vml]><![endif]>

Áp dụng điều
kiện cân bằng:
<![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]> <![if !vml]><![endif]>

 

 

 

Hệ hai lực song song,
ngược chiều có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là
ngẫu lực.

Ngẫu
lực tác dụng vào một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.

Momen
của ngẫu lực M = Fd 

F: độ lớn của mỗi
lực (N).

d: cánh tay đòn của
ngẫu lực (m).      

M: monem của ngẫu lực
(N.m).

Momen
của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay vuông góc với
mặt phẳng chứa ngẫu lực.

 

Câu 1. Ngẫu lực là gì? Nêu một số ví dụ ngẫu lực
thường gặp?

Câu 2. Ngẫu lực có làm cho vật tịnh tiến không?

Câu 3. Hãy tính momen của ngẫu lực đối với một
trục quay vuông góc mặt phẳng chứa ngẫu lực bằng cách tính momen của từng lực
đối với trục quay?

Câu 4. Tác dụng làm quay của 2 momen của 2 lực có
chiều như thế nào?

 Câu 5.

Momen của
ngẫu lực?

 

 

 

22.1. Một ngẫu lực ( <![if !vml]><![endif]> , <![if !vml]><![endif]> ’)
tác dụng vào một thanh cúng như hình 22.1. Momen của ngẫu lực tác dụng vào thanh
đối với trục O là bao nhiêu ?

A. (Fx +
Fd).             C. (Fx – Fd).

B. (Fd –
Fx).             D. Fd.

22.2. Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật có thay đổi không nếu ta thay đổi
điểm đặït  và phương của cặp lực ( <![if !vml]><![endif]> , <![if !vml]><![endif]> ’)
nhưng không thay đổi độ lớn của lực và cánh tay đòn của ngẫu lực (H.22.2a và b)
?

22.3. Một vật rắn phẳng , mỏng có dạng là mộ tam giác đều ABC, mỗi cạnh là a =
20 cm. Người ta tác dụng vào vật một ngẫu lực nằm trong mặt phẳng của tam giác.
Các lực có độ lớn là 8,0 N và đặt vào hai điểm A và B. Tính momen của mgẫu lực
trong các trường hợp sau :

a) Các lực vuông góc
với cạnh AB.

b) Các lực vuông góc
với cạnh AC.

c) Các lực
song song với cạnh AC.

 

 

Lịch sử của vô-lăng xe hơi

Chiến
tranh thế giới thứ 2 nổ ra. Như từng xảy ra đối với nhiều lĩnh vực khác, chiến
tranh đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống trợ lực lái lên một tầm cao mới.
 

Quân đội
muốn có những xe quân sự với hệ thống lái dễ dàng sử dụng.

Năm 1940, hệ thống của Bendix và Davis được gắn
vào xe bọc thép cũng hãng Chevrolet sản xuất cho Quân đội Anh. Kết thúc cuộc
chiến, hơn 10.000 xe quân sự được lắp hệ thống trợ lực lái đã tung hoành khắp
chiến trường.

 

Mẫu Chrysler
Imperial được trang bị hệ thống trợ lực tay lái Hydralic.

Sau chiến tranh,
Chrysler bắt đầu phát triển hệ thống trợ lực lái của riêng hãng này dựa trên
bằng sáng chế đã hết hạn của Davis. Hệ thống này được lắp trên mẫu Chrysler
Imperial với tên là Hydraguide.

Từ khi GM ký hợp đồng với Davis cho đến năm
1953, đã có một triệu xe sử dụng hệ thống trợ lực lái được sản xuất.

Cho đến năm 1956, cứ 4 chiếc xe hơi xuất hiện
trên đường thì có một chiếc được trang bị hệ thống trợ lực lái. Một thập kỷ sau,
3,5 triệu xe hơi được trang bị hệ thống này đã lăn bánh trên đường.

 

Hệ
thống trợ lực tay lái DIRAVI của Citroen.

Kể từ thời Davis đến
nay, có rất nhiều loại trợ lực lái đã được sử dụng. Tùy theo nguyên lý hỗ trợ
lực, hệ thống trợ lực có thể là thủy lực, điện thủy lực và trợ lực điện.

Một số nhà sản xuất như Citroen và AM General
đã đăng ký bằng sáng chế cho những công nghệ riêng của họ (DIRAVI và
Servotronic).

Servotronic là hệ thống trợ lực điện tử nhằm
tăng sự linh hoạt khi đậu xe hay phản ứng nhanh nhạy và ổn định ở tốc độ cao.
Với một chiếc van điện từ trường sẽ điều chỉnh chính xác lực được tạo ra bởi
thiết bị lái bằng thủy lực, cho phép lái chính xác, phù hợp với tình huống lái
hiện tại của người điều khiển.

Nhờ có Servotronic thông minh, lái xe trong
những đường phố đông đúc hoặc đậu xe sẽ dễ dàng hơn vì không cần phải bẻ lái
nhiều vòng. Sự hỗ trợ công suất giảm dần khi xe tăng tốc, đảm bảo độ ổn định lớn
hơn, tăng cường sự chính xác và dễ dàng điều khiển xe hơn.

 

Hệ
thống trợ lực tay lái Servotronic.

Ngày nay, hiếm có
chiếc xe nào không có hệ thống trợ lực lái. Và thiết kế vòng tròn đơn giản từ
những ngày đầu của vô-lăng vẫn được giữ tới ngày nay.

Những cải tiến của vô-lăng chủ yếu là thêm các
chức năng phụ. Chức năng phụ đầu tiên chính là túi khí, được thêm vào vô-lăng từ
những năm 1970.

 

Mẫu
Oldsmobile Toronado 1971 là mẫu xe đầu tiên tích hợp túi khí vào
vô-lăng.

Vô-lăng:
trung tâm điều khiển

Trong nhiều thập kỷ, chức năng phụ duy nhất
được thêm vào vô-lăng là công tắc còi. Phải đến những năm 1990, những tiến bộ
trong giải trí, thông tin liên lạc mới mang lại những cải tiến về chức năng cho
vô-lăng xe hơi.

 

Vô-lăng
của Bentley Continental với rất nhiều nút điều khiển.

Hàng loạt các nút bấm
và công tắc điều khiển hệ thống âm thanh, máy tính trên xe khiến cho những nhà
thiết kế nội thất xe hơi đau đầu về việc bố trí. Họ cần không gian cho các nút
và công tắc, các thiết bị chuyển mạch sao cho có thể nằm trong tầm với của lái
xe.

 

Vô-lăng
của Toyota Prius.

Rõ ràng, các nhà thiết
kế nội thất xe hơi đã chuyển sự chú ý sang vô-lăng, thành phần gần gũi nhất với
tầm tay và tầm quan sát của lái xe.

Kết quả là vô-lăng thời nay không chỉ để điều
khiển hướng xe chạy mà còn là trung tâm điều khiển các thiết bị giải trí của xe.

Vô-lăng đã phát triển về kich cỡ, không gian để
có thể chứa được nhiều dây và các thiết bị điều khiển hơn. Và sự phát triển
trong thiết kế cũng như chức năng của vô-lăng dường như chưa kết thúc.

(Theo baodatviet)