Bài 12: Lực đàn hồi của lò xo và Định luật Húc

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Hướng và điểm đặt của lực đàn hồi của lò xo

  • Lực đàn hồi xuất hiện ở 2 đầu của lò xo và tác dụng vào các vật tiếp xúc với lò xo, làm nó biến dạng
  • Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu của lò xo ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng
  • Ví dụ: Hình 12.1 SGK

1.2. Độ cứng lực đàn hồi của lò xo.

1.2.1. Thí nghiệm.

  • Treo quả cân có trọng lượng P vào lò xo thì lò xo giãn ra. Ở vị trí cân bằng ta có :

\(F = P = mg\)

  • Treo tiếp 1, 2 quả cân vào lò xo. Ở mỗi lần, ta chiều dài l của lò xo khi có tải rồi tính độ giãn \(\Delta l{\rm{ }} = l – {l_0}\)
  • Ta có kết quả :

1.2.2. Giới hạn đàn hồi của lò xo.

  1. Mỗi lò xo hay mỗi vật đàn hồi có một giới hạn đàn hồi nhất định.

1.2.3. Định luật Húc (Hookes).

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

\({F_{dh}} = {\rm{ }}k.|\Delta l|\)

k gọi là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, có đơn vị là N/m.

  • Khi quả cân đứng yên:  \({F_{dh}} = P = mg\)

⇒ \(k = \frac{{mg}}{{\Delta l}}\) (N/m)

1.2.4. Chú ý.

  • Đối với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn. Vì thế lực đàn hồi trong trường hợp này gọi là lực căng.
  • Đối với mặt tiếp xúc bị biến dạn khi bị ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc

Bài tập minh họa



Bài 1:

Phải treo một vật có trọng lượng bằng bao nhiêu vào một lò xo có độ cứng k = 100N/m để nó dãn ra được 10 cm?

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức

\(\small F_{dh }= k|\Delta l|\)

⇒ \(F = 100.{\rm{ }}10.{\rm{ }}{10^{ – 2}} = 10{\rm{ }}N\)

Bài 2:

Một lò xo có chiều dài tự nhiên 30cm, khi bị nén lò xo dài 24cm và lực đàn hồi của nó bằng 5N. Hỏi khi lực đàn hồi của lò xo bị nén bắng10 N thì chiều dài của lò xo là bao nhiêu

Hướng dẫn giải:

  • Áp dụng công thức: F  = k|∆l|
  • Khi lực đàn hồi là 5N:

\({F_{dh}} = k|\Delta {l_1}\left|  =  \right|{l_1}-{l_0}\left| { = k} \right|24-30|\)

  • Khi lực đàn hồi bằng 10N:

\[{F_{dh}} = k|\Delta {l_2}\left|  =  \right|{l_2}-{l_0}\left| { = k} \right|{l_2}-30|\]

  • Lấy  =   = 2

\(\small \Rightarrow l_2 – 30 = -12\) (do lò xo bị nén)

\(\small \Rightarrow l_2 = 30 -12 = 18cm\)