Đề bài
Một vận động viên dùng tay nâng một quả tạ đẩy bằng sắt có khối lượng S kg và giữ quả tạ cân bằng sao cho cẳng tay vuông góc với phần trên của cánh tay (Hình 1.8). Cơ bắp tay gắn liền với một trong các xương cẳng tay, tạo ra lực hướng lên trên giúp nâng vật. Lấy gia tốc rơi tự do là g = 9,8 m/s2.
Điền số thích hợp vào chỗ trống trong các câu sau (số cần điền được làm tròn đến chữ số thập phân đầu tiên).
Câu 1.Moment của lực do vật tác dụng lên cẳng tay là ……Nm.
Lời giải chi tiết
Để giải quyết vấn đề này, trước tiên cần hiểu rằng moment của lực (còn gọi là mômen lực) được tính theo công thức:
\[ M = F \cdot d \cdot \sin(\theta) \]trong đó:
- \( M \) là moment lực
- \( F \) là lực tác dụng
- \( d \) là khoảng cách từ điểm tác dụng lực tới điểm quay (trục quay)
- \( \theta \) là góc giữa hướng của lực và đường nối từ điểm tác dụng lực tới trục quay.
Trong bài toán này, chúng ta có:
- Góc giữa lực và cánh tay là \( 90^\circ \) (do đề bài cho cẳng tay vuông góc với phần trên của cánh tay), do đó \( \sin(90^\circ) = 1 \).
- Lực tác dụng \( F = m \cdot g = S \cdot g \), trong đó \( S \) là khối lượng của quả tạ, \( g = 9,8 \text{ m/s}^2 \) là gia tốc rơi tự do.
Moment của lực do vật tác dụng lên cẳng tay chủ yếu phụ thuộc vào trọng lực của quả tạ. Nếu giả sử khoảng cách từ trục quay đến điểm đặt quả tạ là \( d \) mét, thì:
\[ M = S \cdot g \cdot d \]Ví dụ, nếu d = 0,5 m (nếu không cho cụ thể khoảng cách, ta phải giả định), thì moment của lực do vật tác dụng sẽ là:
\[ M = S \cdot 9,8 \cdot 0,5 = 4,9S \text{ Nm} \]Vậy, moment của lực do vật tác dụng lên cẳng tay là \( 4,9S \) Nm.
Chú ý khi giải
- Cần xác định rõ các điểm quan trọng trong trường hợp động lực học để áp dụng đúng công thức.
- Khi không cho cụ thể về khoảng cách \( d \), một sự giả định hợp lý cần được thực hiện hoặc bổ sung thông tin cần thiết.
- Các phép tính liên quan đến vật lý cơ bản phải tuân theo đơn vị tiêu chuẩn để đảm bảo tính chính xác.