Lực đàn hồi là gì? Đặc điểm của lực đàn hồi? Lực đàn hồi phụ thuộc vào những yếu tố nào? Định luật Húc (Hooke)? Ứng dụng của lực đàn hồi trong cuộc sống? Một số bài tập về lực đàn hồi?
Nhờ có lực đàn hồi nên khi chúng ta kéo dãn lò xo hay nén lại, sau đó buông ra thì chiều dài của lò xo sẽ trở lại như ban đầu mà không bị biến dạng. Vậy lực đàn hồi là gì? Lực đàn hồi có những đặc điểm gì? Lực đàn hồi theo định luật Húc?
1. Lực đàn hồi là gì?
Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi vật bị biến dạng có tác dụng khôi phục lại hình dạng ban đầu.
Lực đàn hồi có điểm đặt vào vật bị biến dạng, cùng phương, ngược chiều có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng tại thời điểm xuất hiện. Khi lực tác dụng vào vật quá lớn mất khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu thì đây là vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu.
2. Đặc điểm của lực đàn hồi:
– Lò xo là một vật đàn hồi. Khi chúng ta tác động vào lò xo một lực như nén hay kéo dãn nó một độ vừa phải thì sau khi buông ra chiều dài của lò xo sẽ trở lại hình dáng như ban đầu.
– Độ biến dạng của lò xo càng lớn thì lực đàn hồi càng lớn.
– Khi lò xo bị nén hoặc kéo dãn thì nó sẽ tác dụng lực đàn hồi nên các vật tiếp xúc hoặc gắn với hai đầu của nó.
– Độ biến dạng của lò xo phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu sẽ phụ thuộc vào chất liệu, chúng sẽ quyết định độ lớn của lực đàn hồi.
3. Lực đàn hồi phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của vật đàn hồi. Còn độ biến dạng của vật đàn hồi sẽ phụ thuộc chủ yếu vào chất liệu cấu thành lên nó. Ngoài ra, nếu xét vật đàn hồi là lò xo thì có thêm một số yếu tố sau:
– Lò xo chỉ dãn nếu như các vòng của nó được quấn đều đặn. Khi chúng ta kéo dãn lò xo ra khỏi giới hạn của nó hay kéo các vòng bị biến dạng không đều nhau thì thí nghiệm về lực đàn hồi sẽ không thành công.
– Tính đàn hồi của lò xo sẽ phụ thuộc vào vật liệu làm lò xo. Do thép và đồng thau có tính đàn hồi khá tốt nên đây là hai chất liệu được dùng chủ yếu làm lò xo. Còn những chất liệu như sắt hay đồng đỏ ít được dùng để làm lò xo vì tính đàn hồi của chúng kém, sắt dễ bị han gỉ nên dễ mất đi tính đàn hồi.
4. Định luật Húc (Hooke):
Định luật Hooke hay còn gọi là định luật Húc, được đặt theo nhà vật lý người Anh có tên là Robert Hooke ở thế kỷ XVII. Định luật này được ông tuyên bố lần đầu tiên vào năm 1676. Trong cơ học và vật 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 (Hooke) được phát biểu như sau: “Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo”.
– Biểu thức định luật Húc:
Fdh = k|Δl|.
Trong đó:
– Fdh: Lực đàn hồi (N).
– k: Hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo (N/m).
– Δl = |l – l0| : Độ biến dạng của lò xo (m).
– l0: Chiều dài ban đầu của lò xo (m).
– l: Chiều dài của lò xo sau khi bị biến dạng (m).
– Δl > 0: Lò xo chịu biến dạng giãn.
– Δl < 0: Lò xo chịu biến dạng nén.
Ví dụ: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 10cm và có độ cứng là 40N/m. Giữ cố định một đầu và tác dụng vào đầu kia một lực 1N để nén lò xo. Chiều dài của lò xo khi bị nén là bao nhiêu?
Giải:
Khi nén một lực 1N vào lò xo, ta có:
Fdh = k|Δl| => Δl = F/k = 1/40 = 0,025m = 2,5cm.
Δl = |l – l0| <=> 2,5 = 10 – l <=> l = 7,5cm.
5. Ứng dụng của lực đàn hồi trong cuộc sống:
Lực đàn hồi được ứng dụng trong đời sống qua một số công cụ 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 những lợi ích trên thì lực đàn hồi còn có tác hại: Khi xe bị xóc, lực đàn hồi làm cho yên xe dao động liên tục. Chính vì thế nên người ta phải có hệ thống làm triệt tiêu bớt cái lực này để làm giảm bớt dao động cho người ngồi trên xe, tránh gây ra cảm giác khó chịu cho người trên xe.
6. Một số bài tập về lực đàn hồi:
Bài 1: Điều nào dưới đây là sai khi nói về đặc điểm của lực đàn hồi?
A. Lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi vật có tính đàn hồi bị biến dạng.
B. Khi độ biến dạng của vật càng lớn thì lực đàn hồi cũng càng lớn, giá trị của lực đàn hồi là không có giới hạn.
C. Lực đàn hồi có độ lớn tỉ lệ với độ biến dạng của vật biến dạng.
D. Lực đàn hồi luôn ngược hướng với biến dạng.
Đáp án: B. Khi độ biến dạng của vật càng lớn thì lực đàn hồi cũng càng lớn, giá trị của lực đàn hồi là không có giới hạn.
Bài 2: Ý nào dưới đây là sai khi nói về phương và độ lớn của lực đàn hồi?
A. Với cùng độ biến dạng như nhau, độ lớn của lực đàn hồi phụ thuộc vào kích thước và bản chất của vật đàn hồi.
B. Với các mặt tiếp xúc bị biến dạng, lực đàn hồi vuông góc với các mặt tiếp xúc.
C. Với các vật như lò xo, dây cao su, thanh dài, lực đàn hồi hướng dọc theo trục của vật.
D. Lực đàn hồi có độ lớn tỉ lệ nghịch với độ biến dạng của vật biến dạng.
Đáp án: D. Lực đàn hồi có độ lớn tỉ lệ nghịch với độ biến dạng của vật biến dạng.
Bài 3: Khi nói về lực đàn hồi của lò xo. Phát biểu nào dưới đây là sai?
A. Lực đàn hồi luôn có chiều ngược với chiều biến dạng của lò xo.
B. Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi luôn tỉ lệ thuận với độ biến dạng.
C. Khi lò xo bị dãn, lực đàn hồi có phương dọc theo trục lò xo.
D. Lò xo luôn lấy lại được hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực.
Đáp án: D. Lò xo luôn lấy lại được hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực.
Bài 4: Lực nào dưới đây là lực đàn hồi?
A. Trọng lực của một quả nặng.
B. Lực hút của nam châm lên tấm sắt.
C. Lực đẩy của lò xo dưới yên xe đạp.
D. Lực kết dính của tờ giấy dán trên bảng.
Đáp án: C. Lực đẩy của lò xo dưới yên xe đạp.
Bài 5: Vật nào dưới đâ có tính chất đàn hồi?
A. Một cục đất sét.
B. Một hòn đá.
C. Một đoạn dây đồng nhỏ.
D. Một quả bóng cao su.
Đáp án: D. Một quả bóng cao su.
Bài 6: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 30cm, khi bị nén lò xo dài 24cm và lực đàn hồi của nó bằng 5N. Hỏi khi lực đàn hồi bị nén bằng 10N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?
Giải:
Lò xo bị nén, độ biến dạng của lò xo là:
Δl = |l – l0| = 30 – 24 = 6cm = 0,06m.
Độ cứng của lò xo là:
k = F/Δl = 5/0,06 = 83.3 N/m.
Khi lực đàn hồi của lò xo bị nén bằng 10N, ta có:
Δl’ = F’/k = 10/83,3 = 0,12m = 12cm.
Chiều dài của lò xo lúc này là:
l = l0 – Δl = 30 – 12 = 18cm.
Bài 7: Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng, hai lực đó phải như thế nào?
A. Cùng giá, độ lớn khác nhau và ngược chiều.
B. Có giá nằm ngang, cùng độ lớn và cùng chiều.
C. Cùng giá, cùng độ lớn và cùng chiều.
D. Cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.
Đáp án: D. Cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.
Bài 8: Cho hai viên bi A và B giống nhau. Cùng một lúc tại cùng một vị trí, viên bi A được thả rơi tự do còn viên bi B được ném theo phương ngang với vận tốc ban đầu v0. Trường hợp này bỏ qua sức cản không khí. Chọn câu đúng:
A. Cả hai chạm đất cùng một lúc.
B. Bi A chạm đất sau bi B.
C. Bi A chạm đất trước bi B.
D. Tuỳ thuộc vào vận tốc ban đầu của bi B mà bi B chạm đất trước hay sau bi A.
Đáp án: A. Cả hai chạm đất cùng một lúc.