Giải Khoa Học Tự nhiên 8 trang 79
Lời giải chi tiết SGK Lớp 8 · Môn Khoa Há»c Tá»± NhiĂªn · Trang 79–80
Tóm tắt lý thuyết
I – Lực làm quay vật
- Khi tác dụng lực vào một vật có thể quay quanh trục, lực có làm quay vật hay không phụ thuộc vào giá của lực (đường thẳng chứa mũi tên biểu diễn lực).
- Kết luận quan trọng: Lực làm quay vật khi giá của lực không song song và không cắt trục quay.
II – Moment lực
- Tác dụng làm quay của lực lên một vật quanh một điểm hoặc một trục được đặc trưng bằng moment lực.
- Lực càng lớn → moment lực càng lớn → tác dụng làm quay càng lớn.
- Giá của lực càng cách xa trục quay → moment lực càng lớn → tác dụng làm quay càng lớn.
Câu hỏi Hình 18.2 (Tác dụng lực vào cánh cửa)
Đề: Lấy tay tác dụng vào cánh cửa các lực khác nhau theo chiều mũi tên ở Hình 18.2. Trường hợp nào lực làm quay cánh cửa?
Phân tích từng trường hợp:
| Trường hợp | Đặc điểm giá của lực | Có làm quay cửa không? |
|---|---|---|
| a) | Giá cắt trục quay | Không quay |
| b) | Giá song song với trục quay | Không quay |
| c) | Giá không song song và không cắt trục quay | Có làm quay cửa |
Trả lời: Chỉ trường hợp c) lực làm quay cánh cửa.
Giải thích: Trục quay của cánh cửa là bản lề.
- Ở a), giá của lực đi qua (cắt) trục quay nên không tạo được tác dụng quay.
- Ở b), giá của lực song song với trục quay nên cũng không làm cửa xoay.
- Chỉ ở c), giá của lực vừa không cắt vừa không song song với trục, nên đẩy được cánh cửa quay.
Câu hỏi Hình 18.3 (Tay nắm cửa)
Trên tay nắm cửa có ba vị trí A, B, C. A nằm gần trục quay nhất, C nằm xa trục quay nhất.
Câu 1: Vị trí tác dụng lực nào làm tay nắm cửa quay quanh trục? Vị trí nào không làm quay?
Trả lời:
- Vị trí B và C làm tay nắm cửa quay quanh trục, vì giá của lực ở đây không cắt trục quay.
- Vị trí A nằm ngay tại (hoặc rất gần) trục quay, giá của lực đi qua trục quay nên không làm tay nắm quay.
Câu 2: Lực tác dụng ở vị trí nào làm tay nắm cửa quay dễ dàng hơn?
Trả lời: Tác dụng lực ở vị trí C sẽ làm tay nắm cửa quay dễ dàng nhất.
Giải thích: C cách xa trục quay nhất, nên giá của lực cách trục quay xa nhất → moment lực lớn nhất → tác dụng làm quay mạnh nhất, nên quay dễ dàng hơn.
Thí nghiệm – Bảng 18.1
Đề: Treo các quả nặng vào thanh ngang (các điểm A, B, C cách đều trục quay theo thứ tự tăng dần khoảng cách) và quan sát trạng thái thanh ngang.
Dự đoán kết quả (dựa trên nguyên tắc moment lực cân bằng):
| Vị trí treo quả nặng | Trạng thái của thanh ngang |
|---|---|
| Treo đồng thời hai quả nặng giống nhau vào hai điểm A và C | Thanh ngang quay về phía điểm C (vì C xa trục hơn → moment lớn hơn) |
| Treo hai quả nặng vào điểm A và một quả nặng vào điểm C | Tùy khoảng cách; nếu A gần trục thì thanh vẫn có thể nghiêng về phía C, nhưng nếu moment hai bên bằng nhau thì thanh nằm cân bằng |
| Treo một quả nặng vào điểm B và một quả nặng vào điểm C | Thanh ngang quay về phía điểm C (C xa trục hơn B → moment lớn hơn) |
Lưu ý: Đây là dự đoán theo lý thuyết. Khi làm thực tế, em điền theo đúng quan sát của mình. Điều quan trọng cần rút ra là: bên nào có moment lực lớn hơn thì thanh nghiêng về bên đó; khi moment hai bên bằng nhau thì thanh cân bằng (nằm ngang).
Câu 1: Tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào độ lớn của lực như thế nào?
Trả lời: Lực càng lớn thì tác dụng làm quay của lực càng lớn (treo càng nhiều quả nặng, tức lực càng lớn, thì khả năng làm thanh quay càng mạnh).
Câu 2: Giá của lực càng xa trục quay thì tác dụng làm quay của lực thay đổi như thế nào?
Trả lời: Giá của lực càng xa trục quay thì tác dụng làm quay của lực càng lớn (treo quả nặng ở điểm xa trục như C thì làm thanh quay mạnh hơn so với treo ở điểm gần trục như A, B).
Câu hỏi Hình 18.4 (So sánh moment lực)
Đề: So sánh moment của lực $F_1$ và moment của lực $F_2$ trong các Hình 18.4a và 18.4b.
Mô tả hình: Cờ lê vặn ốc, trục quay là con ốc.
- $F_1$ có giá cách trục quay khoảng $d_1$ (lớn hơn).
- $F_2$ có giá cách trục quay khoảng $d_2$ (nhỏ hơn).
- $d_1 > d_2$.
Trả lời:
Moment lực phụ thuộc vào độ lớn của lực và khoảng cách từ giá của lực đến trục quay.
Hình 18.4a: Hai lực $F_1$ và $F_2$ có độ lớn bằng nhau, nhưng $F_1$ có giá cách trục quay xa hơn ($d_1 > d_2$).
- Vậy moment của $F_1$ lớn hơn moment của $F_2$.
Hình 18.4b: $F_1$ có độ lớn lớn hơn $F_2$ và đồng thời giá của $F_1$ cũng cách trục quay xa hơn ($d_1 > d_2$).
- Vậy moment của $F_1$ lớn hơn moment của $F_2$ (chênh lệch còn rõ hơn ở hình a).
Giải thích chung: Vì moment lực tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và với khoảng cách từ giá của lực tới trục quay, nên lực nào vừa lớn hơn vừa có giá xa trục hơn thì moment càng lớn.
EM CÓ THỂ (gợi ý vận dụng)
- Khi bắt đầu đạp pê-đan xe đạp: ta tác dụng lực vào bàn đạp khi pê-đan ở vị trí mà giá của lực cách xa trục quay (trục giữa) nhất, để tạo moment lực lớn nhất, giúp xe dễ chuyển động.
- Khi dùng cờ lê vặn ốc: nên cầm ở đầu xa của cờ lê (xa con ốc) để tăng khoảng cách từ giá của lực đến trục quay, tạo moment lớn hơn, vặn ốc nhẹ nhàng hơn.
Em có muốn cô giải thích kỹ hơn phần thí nghiệm Bảng 18.1 hay công thức tính moment lực không?