Lực đàn hồi là gì? Công thức tính lực đàn hồi (chi tiết nhất)

Bài viết Lực đàn hồi là gì? Công thức tính lực đàn hồi với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Lực đàn hồi là gì? Công thức tính lực đàn hồi.

Lực đàn hồi là gì? Công thức tính lực đàn hồi (chi tiết nhất)

1. Lực đàn hồi là gì? Ứng dụng của lực đàn hồi

Lực đàn hồi là lực được sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng, có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng đàn hồi.

Theo đó, biến dạng đàn hồi là những biến dạng có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chưa có lực tác dụng vào.

Khi tác dụng vào vật quá lớn, vật mất khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu, ta nói lực tác dụng vượt qua giới hạn đàn hồi của vật liệu.

Ví dụ,vật đàn hồi thường rất đa dạng: dây chun, lò xo, một đoạn dây cao su, bóng cao su....

Lực đàn hồi được ứng dụng trong đời sống quá một số công cụ như sau:

● Cánh cung

● Dàn dây đàn hồi cho các vận động viên nhào lộn

● Cầu bật cho các vận động viên nhảy đà

● Lò xo trong các loại súng hơi

● Ná cao su - trò chơi của trẻ em

● Lò xo giảm xóc ở xe máy

● Nhịp đàn hồi ở các bánh xe, ô tô, tàu hỏa, đệm mút của giường nằm, ghế ngồi xe ô tô

Ngoài các lợi ích trên thì lực đàn hồi còn có một số tác hại như khi xe bị xóc, lực đàn hồi làm cho yên xe dao động liên tục, vì vậy người ta phải có hệ thống làm triệt tiêu bớt dao động cho người ngồi trên xe, tránh gây ra cảm giác khó chịu.

2. Lực đàn hồi của lò xo

Khi ta dùng hai tay kéo dãn mộ lò xo, hai tay của ta đều chịu tác dụng lực kéo lại của lò xo, lực đó gọi là lực đàn hồi của lò xo.

Ví dụ: Lực gây ra bởi một chiếc lò xo khi nó bị đèn nén hoặc bị kéo giãn ra.

Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng. Khi lò xo bị dãn, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo vào phía trong. Còn khi bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng ra ngoài.

Đặc điểm	Trọng lực	Lực đàn hồi
Phương	Thẳng đứng	Thẳng đứng
Chiều	Từ trên xuống	Từ dưới lên

Mỗi lò xo hay mỗi vật đàn hồi có một giới hạn đàn hồi nhất định. Nếu trọng lượng của tải vượt quá giới hạn đàn hồi thì lò xo sẽ không co được về chiều dài ban đầu nữa.

Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo và vật liệu làm lò xo:

● Khi ta muốn lò xo dãn ra, dài hơn thì ta phải tác động vào lò xo một lực mạnh hơn. Khi lò xo dãn ra dài hơn thì lực đàn hồi sinh ra phải lớn hơn để kéo lò xo về trạng thái ban đầu.

● Lò xo thường được làm bằng théo hoặc đồng thau vì hai chất liệu này có tính đàn hồi rất tốt. Còn với chất liệu như sắt, đồng đỏ thì ít được dùng để làm lò xo vì chúng có tính chất đàn hồi kém và sắt thì sễ bị han rỉ nên dễ mất đi tính đàn hồi.

3. Định luật Húc

Định luật Hooke (đọc là Húc), được đặt tên theo nhà vật lý người Anh thế ký 17, Robert Hooke. Ông tuyên bố định luật này lần đầu tiền na 1676. Trong cơ học và vât lý, định luật đàn hồi Hooke là một định luật gần đúng cho rằng đa số lò xo tuân theo liên hệ tuyến tính giữa lực đàn hồi và biến dạng.

Định luật Húc được phát biểu như sau:

Trong giới hạn đàn hồi của lò xo, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

F_dh = k.|Δl|

Trong đó:

k: độ cứng của lò xo (N/m)

Δl = |l - l₀|: độ biến dạng của lò xo (m)

Δl > 0: Lò xo chịu biến bạng dãn = l - l₀

Δl < 0: Lò xo chịu biến dạng nén = l₀ - l

4. Chú ý

● Đối với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi ngoại lực kéo dãn. Vì thế trong trường hợp này, lực đàn hồi được gọi là lực căng. Lực căng có điểm đặt và hướng giống như lực đàn hồi của lò xo khi bị giãn.

● Đối với các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

5. Lực kế

Dựa vào định luật Húc, người ta chế tạo ra lực kế. Trên lực kế, ứng với mỗi vạch chia độ người ta không ghi các giá trị của độ dãn mà ghi giá trị của lực đàn hồi tương ứng. Tùy theo công dụng mà lực kế có cấu tạo và hình dạng khác nhau. Tuy nhiên, bộ phận chủ yếu vẫn là một lò xo.

Lực kế là một sụng cụ đo lực rất thuận tiện nhưng không được chính xác lắm. Khi sử dụng, không được đo lực lớn qua giới hạn đàn hồi của lò xo lực kế.

6. Bài tập vận dụng

Câu 1: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 10 cm và có độ cứng là 40 N/m. Giữ cố định một đầu và tác dụng vào đầu kia một lực 1 N để nén lò xo. Chiều dài của lò xo khi bị nén là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Khi nén một lực 1 N vào lò xo, ta có:

F = k.|Δl| $\Rightarrow ∆l=\frac{F}{k}=\frac{1}{40}$= 0,025 = 2,5cm

Δl = l₀ - l $\iff$2,5 = 10 - l $\Rightarrow$l = 7,5cm

Câu 2: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 30 cm, khi bị nén lò xo dài 24 cm và lực đàn hồi của nó bằng 5 N. Hỏi khi lực đàn hồi bị nén bằng 10N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Lò xo bị nén, độ biến dạng của lò xo là: Δl = l₀ - l = 30 - 24 = 6cm = 0,06m

Độ cứng của lò xo là: k = $\frac{F}{∆l}=\frac{5}{0,06}=\frac{250}{3}$N/m

Khi lực đàn hồi của lò xo bị nén bằng 10 N, ta có: $∆l^{\text{'}}=\frac{F^{\text{'}}}{k}=\frac{10}{\frac{250}{3}}$= 0,12m = 12cm

Chiều dài của lò xo lúc này là: l = l₀ - Δl = 30 - 12 = 18cm

Câu 3: Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 15 cm. Lò xo được giữ cố định tại một đầu, còn đầu kia chịu một lực kéo bằng 4,5N. Khi ấy lò xo dài 18 cm. Độ cứng của lò xo bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Độ biến dạng của lò xo là: Δl = 18 - 15 = 3cm = 3.10 - 2m

Độ cứng của lò xo là: k = $\frac{F}{∆l}=\frac{4,5}{3.10-2}$= 150 N/m

Câu 4: Một lò xo có khối lượng không đáng kể được treo theo phương thẳng đứng, có độ cứng 120 N. Đầu trên lò xo cố định, đầu dưới gắn quả nặng khối lượng m thì lò xo dãn ra 10 cm. Tính khối lượng của quả nặng, biết g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải

Điều kiện cân bằng của m: P = F_đh

$\iff$m.g = k.Δl

$\Rightarrow m=\frac{k.∆l}{g}=\frac{120.0,1}{10}$= 1,2 kg

Câu 5:Một lò xo có khối lượng không đáng kể, có chiều dài tự nhiên là 40 cm. Một đầu được teo vào một điểm cố định, đầu còn lại được treo vật có khối lượng m = 100 g thì lò xo giãn ra 2 cm. Tính chiều dài của lò xo khi treo thêm một vật có khối lượng 25 g.

Hướng dẫn giải

*m cân bằng: P = F_đh1

$\iff$m.g = k.Δl₁ (1)

* (m + Δm) cân bằng: P^' = F_đh2

$\iff$(m + Δm.g) = k.Δl₂ (2)

Từ (1) và (2) $\Rightarrow \frac{m}{m+∆m}=\frac{∆l_1}{∆l_2}$

$\iff \frac{100}{100+25}=\frac{2}{∆l_2}$

=> Δl₂ = 2,5cm

=> l = l₀ + Δl₂ = 40 + 2,5 = 42,5cm

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Công thức tính khúc xạ ánh sáng

• Lực kế là gì? Công thức tính lực kế

• Lực từ là gì? Công thức tính lực từ

• Nhiệt năng là gì? Công thức tính nhiệt năng

• Quán tính là gì? Công thức tính quán tính

• Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ

---