Momen là gì? Có bao nhiêu loại momen? Công thức tính các loại momen

Momen là gì là kiến thức đã xuất hiện trong môn vật lý lớp 10. Nó là đại lượng vô cùng quen thuộc, theo suốt chương trình học môn vật lý của bậc học phổ thông. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về đại lượng này. Chính vì thế, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu kỹ hơn về momen qua những chia sẻ ngay sau đây nhé.

Momen là gì?

Momen là gì là nghi vấn của không ít người. Momen hay còn được gọi là mô men, trong tiếng Anh có nghĩa là moment. Thực tế, trong vật lý học, momen của một đoạn thẳng có hướng (vectơ) B có gốc ở G với tâm tính từ O sẽ là tích vectơ:

M = r . B

Trong đó, r chính là vectơ khoảng cách nối từ O tới G. Trong vật lý học, thì momen là khái niệm được phát triển để giúp mở rộng nhiều tính chất của vật rắn từ chuyển động thẳng sang chuyển động quay.

Momen có bao nhiêu loại?

Thực tế cho thấy, không chỉ có một loại momen duy nhất, mà nó lại được chia thành những loại momen khác nhau. Mỗi loại momen lại có những đặc điểm, công thức tính cũng như ứng dụng khác nhau, cụ thể như sau:

Momen lực là gì?

Bạn có biết momen lực là gì hay không? Cùng chúng tôi tìm hiểu cụ thể đại lượng này nhé.

Khái niệm momen lực

Momen lực trong vật lý được định nghĩa là một đại lượng thể hiện tác động gây ra sự quay xung quanh một điểm hoặc là một trục của vật thể. Momen lực có tỉ lệ thuận với tích khoảng cách từ giá của lực tới trục quay và độ lớn của lực.

Công thức tính momen lực

Biểu thức của momen lực được thể hiện thông qua công thức như sau:

M = F.d

Trong đó:

• M: momen lực (đơn vị là N.m).
• d: khoảng cách từ tâm quay tới giá của lực F (đơn vị là F).
• F:  là độ lớn của lực tác dụng (đơn vị là N).

Lưu ý:

• Trong trường hợp mà chúng ta muốn tăng momen lực thì có thể gia tăng độ lớn hoặc độ dài của lực. Hoặc là gia tăng cả 2.
• Trong trường hợp mà giá của lực di chuyển qua tâm quay, thì lúc này lực sẽ không có tác dụng làm quay. Do đó mà d=0 ⇔ M=0

Quy tắc momen lực

Quy tắc momen lực chính là nói đến điều kiện cân bằng của một vật khi có trục quay cố định. Cụ thể, quy tắc này được thể hiện như sau:

Khi chúng ta muốn cho một vật có trục quay cố định ở trong trạng thái cân bằng, thì tổng của các momen lực có xu hướng làm cho vật quay theo chiều kim đồng hồ cần phải bằng với tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược lại chiều kim đồng hồ.

Biểu thức thể hiện: M1= M2 ⇔ F1d1=F2d2

Trong trường hợp mà vật chịu nhiều lực tác dụng thì chúng ta có biểu thức:

F1d1+F2d2+…= F′1d′1+F′2d′2+…

Lưu ý:

Quy tắc momen lực này còn có thể áp dụng cho những trường hợp mà một vật không có trục quay cố định. Lúc này ta sẽ xem xét đến vật quay quanh trục quay tức thời.

Khi một vật rắn quay quanh một trục cố định, thì mọi điểm của vật sẽ có cùng tốc độ góc ω.

•  ω = const: có nghĩa là vật quay đều.
•  ω tăng dần: là vật quay nhanh dần.
•  ω giảm dần:  là vật quay chậm dần.

Ứng dụng của momen lực

Có nhiều người không biết momen lực là gì, nhưng có thể đã từng tiếp xúc với các ứng dụng của momen lực. Đại lượng này có nhiều ứng dụng quen thuộc, rất dễ nhận thấy ở trong cuộc sống hàng ngày.

Cụ thể, ở cửa ra vào hàng ngày với loại sử dụng bản lề, lúc này bản lề chính là trục quay của cánh cửa. Chúng ta có thể nhận thấy tay nắm cửa thường được đặt ở xa bản lề. Điều này nhằm làm gia tăng momen lực, khi đó cánh cửa sẽ dễ mở hơn.

Hay những chiếc cờ lê ở trong kỹ thuật rất đa dạng, phù hợp với mỗi loại ốc vít khác nhau. Những chiếc cờ lê có cánh tay đòn càng lớn (chiều dài của cờ lê) thì sẽ mở được những loại ốc bị siết chặt hơn. Vì dù có cùng một lực, nhưng cánh tay đòn càng lớn thì momen lực sẽ càng lớn, từ đó cho tác dụng làm quay lớn.

Momen xoắn là gì?

Một trong những loại momen được sử dụng nhiều trong cuộc sống hiện nay chính là momen xoắn.

Khái niệm momen xoắn

Bên cạnh momen lực thì đại lượng momen xoắn cũng rất phổ biến. Đây là thông số quan trọng trong mô tả động cơ. Nó là đại lượng đặc trưng thể hiện khả năng chịu tải tại tức thời của động cơ.

Momen xoắn được định nghĩa chính là lực xoắn có thể gây ra những chuyển động quay cho một động cơ, hoặc là một lực có thể khiến một vật thể xoay xung quanh một trục. Khi có một lực tác động vào khiến cho thiết bị chuyển động quanh một điểm thì lúc này momen xoắn sẽ xuất hiện. Đơn vị đo lường của momen xoắn chính là Newton mét (Nm) hoặc là Pound feet (lb-ft).

Momen xoắn có thể hiểu đơn giản là đơn vị đo khả năng thực hiện công của động cơ. Momen xoắn có giá trị càng lớn thì động cơ sẽ cho khả năng thực hiện nhiều công. Dễ hiểu hơn, momen xoắn có thể được hiểu chính là độ khỏe của động cơ.

Công thức tính momen xoắn của động cơ

Công thức tính momen xoắn của động cơ được quy định là:

τ = NS * NS * sin( θ )

Trong đó:

• τ: chính là độ lớn của vectơ momen cho một momen xoắn
• NS: là chiều dài của nhánh momen
• ( θ ): là góc giữa vectơ lực cùng cánh tay đòn

Hướng của vectơ được tìm thấy dựa theo quy ước sử dụng quy tắc nắm tay phải. Trường hợp mà một bàn tay đang cuộn tròn quanh trục quay với những ngón tay hướng theo hướng của lực thì vectơ momen sẽ quay theo hướng của ngón tay cái.

Ứng dụng của momen xoắn

Momen xoắn thường được đề cập phổ biến nhất khi nói về động cơ xe, nhất là xe ô tô. Khi xem xét một chiếc ô tô, ngoài việc cần quan tâm đến các công nghệ, mẫu mã, thông số kỹ thuật,… thì bạn cần lưu tâm tới cả momen xoắn.

Những chiếc xe ô tô có mô men xoắn cực đại lớn ở vòng tua nhỏ thì sẽ cho khả năng tải được khối lượng lớn và dễ dàng vượt qua những trở ngại trên bề mặt đường. Nhiều người khi nhắc tới ô tô thường chỉ quan tâm đến công suất mà không quan tâm tới mô men xoắn một phần vì không nắm rõ về đại lượng này, phần khác là nghĩ momen xoắn không quan trọng.

Nhưng thực tế, cả hai thông số kỹ thuật này vô cùng quan trọng. Momen xoắn sẽ biểu hiện cho khả năng tải của xe còn công suất sẽ biểu hiện vận tốc của xe. Một chiếc xe có vận tốc cao nhưng chưa chắc đã có tải lớn và ngược lại.

Ngoài việc đo lường khả năng tải của xe ô tô thì momen xoắn còn được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác bao gồm:

• Đo lường – kiểm định: đo kiểm công suất động cơ tàu, cảm biến momen xoắn trong ô tô, cửa kính ô tô, động cơ máy phát,….
• Sản xuất, điều hành sản xuất cũng như giám sát chất lượng: dự tải nhíp, tăng hoặc giảm lực vặn đinh vít, vặn nắp chai,…
• Nông nghiệp: ứng dụng trong điều khiển mô men xoắn máy móc…

Momen ngẫu lực là gì?

Ngoài hai loại momen như vừa kể ở trên thì chúng ta còn có cả momen ngẫu lực.

Khái niệm momen ngẫu lực

Momen ngẫu lực có định nghĩa là hệ hai lực song song nhưng ngược chiều nhau. Momen ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay khi những trục quay nằm vuông góc với mặt phẳng có ngẫu lực. Chúng có độ lớn bằng nhau và đồng thời cùng tác động đến một vật thể nào đó.

Ví dụ: Các momen ngẫu lực là khi bạn dùng tay vặn vòi nước. Điều này làm tác động vào vòi bằng một ngẫu lực.

Đối với vật rắn, ngẫu lực sẽ làm cho vật rắn quay quanh trục đi qua trọng tâm vật rắn.​

Đối với vật rắn mà có trục quay cố định, nếu như trục quay không trùng với trục đi qua trọng tâm vật rắn, momen của ngẫu lực sẽ khiến cho vật bị rung lắc. Do đó, trong chế tạo máy móc, người ta thường làm những động cơ quay tròn có tâm đối xứng trùng với trục quay vật rắn.

Công thức tính momen ngẫu lực

Công thức tính momen ngẫu lực được thể hiện như sau:

M = F1d1 + F2d2 = F(d1+d2) = Fd

Trong đó:

• F: chính là độ lớn của các lực (đơn vị là N).
• M: là momen của ngẫu lực (đơn vị là N.m)
• d: chính là khoảng cách giữa 2 giá của ngẫu lực (đơn vị là m).

Trên đây là những thông tin khái lược giải đáp về vấn đề momen là gì cũng như đặc điểm các loại momen khác nhau. Hy vọng những chia sẻ trên đây có thể phần nào giúp quý bạn đọc hiểu hơn về đại lượng này.