Lực đàn hồi của lò xo – Định Luật Hooke và Công thức tính lực đàn hồi

Lực đàn hồi là gì? Theo định luật Hooke thì luật đàn hồi sẽ được tính bằng công thức nào? Hãy cùng Blog Thiết Bị Điện tìm hiểu chi tiết hơn vấn đề này ngay trong bài viết sau đây nhé.

Sự đàn hồi là một trong những hiện tượng vật lý xảy ra hằng ngày xung quanh chúng ta, thế nhưng để có thể thấu rõ tường tận về lực đàn hồi thì không phải ai cũng nắm rõ. Chính vì lý do này, Blog Thiết Bị Điện sẽ củng cố lại cho bạn kiến thức xoay quanh về loại lực này thông qua nội dung được trình bày sau đây.

Lực đàn hồi là gì?

Lực đàn hồi là lực được sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng, có thể kể đến đó là lực gây ra bởi một lò xo làm cho vật bị nén lại hoặc giãn ra. Theo đó, lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguồn sinh ra lực, nghĩa là lực đàn hồi có thể đưa vật trở lại trạng thái ban đầu khi chưa bị tác động.

Biến dạng đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

Nhằm hiểu rõ hơn về lực đàn hồi, chúng ta hãy cùng tìm hiểu qua một thí nghiệm với lực cụ thể như sau:

Biến dạng đàn hồi của lò xo

Thí nghiệm: một lò xo đang ở trạng thái hình dạng ban đầu, khi bị tác động lực thì vật bị biến dạng. Tuy nhiên, nếu không chịu sự tác động của lực thì lò xo sẽ trở về trạng thái ban đầu, ta gọi sự biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi.

=> Kết luận: từ thí nghiệm trên ta có thể nhận thấy rằng, lò xo là một vật có tính biến dạng đàn hồi cao, lý do là vì khi ta dùng tay kéo hay nén lò xo lại (một lực không quá lớn) thì vật sẽ thu lại hoặc giãn ra, còn khi buông tay ra vật sẽ trở lại trạng thái ban đầu.

Độ biến dạng của lò xo

Hãy cùng Blog Thiết Bị Điện thử qua một thí nghiệm sau để biết thêm về sự biến dạng của lò xo.

Dụng cụ cần chuẩn bị:

• Một chiếc lò xo xoắn;
• Giá đỡ thí nghiệm;
• Thước đo chiều dài;
• Quả tạ nặng 50g.

Cách thực hiện thí nghiệm

• Bước 1: treo lò xo lên giá đỡ thí nghiệm theo phương thẳng đứng;
• Bước 2: tiếp đến đo chiều dài tự nhiên của lò xo (gọi là L0);
• Bước 3: treo quả tạ 50g vào đầu dưới của lò xo, khi này lò xo sẽ chịu lực nặng từ tạ làm cho vật bị dãn ra, sau đó dùng thước để đo chiều dài lò xo bị kéo (gọi là L1)

• Bước 4: tiếp tục treo thêm 2 quả tạ nặng 50g vào đầu dưới của lò xo, tiếp đó đo chiều dài L2;
• Bước 5: treo 3 quả nặng tiếp vào đầu dưới và đo chiều dài L3.

Cần chú ý: để tính độ dãn của lò xo sau khi treo n quả tạ nặng, nghĩa là độ dài của lò xo tăng lên khi chịu sức nặng từ tạ, ta lấy Ln – L0.

Kết quả thí nghiệm

Kết luận: từ thí nghiệm trên, ta có thể rút ra được nhận xét về đặc điểm của lực đàn hồi như sau.

• Lò xo là vật có tính đàn hồi;
• Khi chịu lực nặng từ quả tạ, lò xo sẽ dãn ra và làm tăng chiều dài lên. Khi bỏ quả nặng ra, lò xo sẽ thu lại và trở về trạng thái bình thường, đúng bằng chiều dài lúc đầu;
• Độ giãn của lò xo bằng hiệu chiều dài bị biến dạng và chiều dài tự nhiên => Llx = L – L0.
• Nếu treo một vật có khối lượng càng lớn, lò xo càng bị dãn ra nhiều. Độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với khối lượng của vật treo.

Từ những nhận định nêu trên, ta có công thức tính độ biến dạng của lò xo như sau:

∆L =  L – L0

Trong đó:

• L: là chiều dài lò xo khi bị dãn;
• L0: là chiều dài ban đầu của lò xo.

Giới hạn đàn hồi là gì?

Giới hạn đàn hồi có thể hiểu đơn giản là độ biến dạng đàn hồi đạt đến một giá trị nhất định thì khi này lực đàn hồi sẽ không xuất hiện nữa, ta gọi đó là giới hạn đàn hồi.

Lực đàn hồi phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Lực đàn hồi sẽ phụ thuộc vào độ biến dạng của vật đàn hồi, còn độ biến dạng của lực đàn hồi sẽ phụ thuộc vào chất liệu của vật. Ngoài ra, đối với trường hợp vật đàn hồi là lò xo, ta có thể rút ra một số nhận định như sau:

• Lò xo chỉ dãn khi số vòng của lò xo được quấn đều đặn, trường hợp lò xo bị kéo dãn ra giới hạn đàn hồi thì thí nghiệm sẽ thất bại;
• Tính đàn hồi của lò xo phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu cấu thành lên lò xo, nếu chất liệu là thép hoặc đồng thì tính đàn hồi của vật khá tốt.

Định luật Hooke và công thức tính lực đàn hồi

Theo định luật Hooke (Húc) phát biểu rằng: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi do lò xo sinh ra tỷ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo đó. Theo đó, biểu thức của định luật Hooke có thể được viết như sau:

Fđh = k.|∆L| = k. |L – L0|

Trong đó:

• k: hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo (N/m);
• Fđh: là độ lớn của lực đàn hồi (N);
• ∆L = L – L0: là độ biến dạng của lò xo (m);
• ∆L > 0: lò xo chịu biến dạng giãn;
• ∆L < 0: lò xo chịu biến dạng nén;
• L0: Chiều dài ban đầu của lò xo (m);
• L: Chiều dài của lò xo sau khi biến dạng nén hoặc dãn (m.

Trường hợp lò xo treo theo phương thẳng đứng, một đầu gắn cố định, đầu còn lại treo vật m ở trạng thái vật m nằm cần bằng thì ta sẽ có biểu thức: Fđh = P = mg

Công thức tính độ cứng của lò xo: k = mg/∆L

Lưu ý:

• Đối với chất liệu dây cao su hoặc dây thép thì lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn, trường hợp này gọi là lực căng dây;
• Đối với mặt tiếp xúc bị điện dạng khi ép lại với nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

Các trường hợp thường gặp của lực đàn hồi

Dưới đây là một số trường hợp thường gặp về lực đàn hồi bạn có thể tham khảo qua để biết thêm chi tiết.

Lực đàn hồi của lò xo

Với lực đàn hồi của lò xo ta sẽ có thể nhắc đến một số đặc điểm như sau:

• Phương: trùng với phương của trục lò xo;
• Chiều: ngược chiều với chiều biến dạng của lò xo;
• Độ lớn: Fđh = k.|∆L|
• Lực đàn hồi luôn ngược hướng với chiều biến dạng.

Lực căng của dây

Một số đặc điểm của lực căng dây có thể kể đến như sau:

• Điểm đặt: điểm đầu dây tiếp xúc với vật;
• Phương: trùng với chiều sợi dây;
• Chiều: hướng từ hai đầu dây vào giữa sợi dây;
• Lực căng tác dụng lên một vật là lực kéo.

Ứng dụng của lực đàn hồi

Trong thực tế, lực đàn hồi có tính ứng dụng rất cao và xuất hiện hầu hết trong một số sản phẩm, đồ dùng xung quanh chúng ta. Cụ thể như:

• Phuộc xe gắn máy;
• Ná cao su – đồ chơi trẻ em;
• Cung bắn;
• Nệm lò xo;
• Cầu bật của vận động viên nhảy đà;
• Phanh xe;
• Nhịp đàn hồi của bánh xe, đệm nút giường nằm, ghế ngồi ô tô.

Mặc dù có nhiều lợi ích là vậy nhưng lực đàn hồi cũng tồn động những tác hại nhất định. Ví dụ như khi xe bị xóc thì lực đàn hồi làm cho xe dao động liên tục, gây nguy hiểm của người bên trong. Do vậy mà người ta làm thêm hệ thống chống xóc để triệt tiêu đi lực đàn hồi, giúp xe ổn định hơn.

XEM THÊM

• Động cơ đốt trong là gì? Cấu tạo & Cơ chế hoạt động
• Nguyên tử là gì? Hạt mang điện trong nguyên tử
• Điện trường là gì? Tính chất cơ bản của điện trường

Hy vọng với bài viết vừa được blogthietbidien.com chia sẻ, chúng tôi mong bạn có thể hiểu được lực đàn hồi là gì cũng như công thức tính và ứng dụng của lực. Hãy lan tỏa bài viết đến với nhiều đọc giả khác cùng biết đến nếu bạn cảm thấy nội dung của chúng tôi bổ ích và hữu dụng nhé.