Lực đàn hồi là gì? Lực đàn hồi của lò xo? Định luật Húc?
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. Trong đó:
k: độ cứng của lò xo (N/m)
: độ biến dạng của lò xo (m)
> 0: Lò xo chịu biến bạng dãn = l - l0
< 0: Lò xo chịu biến dạng nén = l0 - l
Ví dụ: Phải treo một vật có khối lượng bao nhiêu vào một lò xo có độ cứng k = 100 N/m để nó dãn ra 10cm? Lời giải Theo định luật Húc thì: = 100.0,1 = 10N mà P = Fđh = 10N
P = m.g ⇒ m = P/g = 10/9,8 = 1.02 kg 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. Các dạng bài tập
6.1. Bài tập về lực đàn hồi
Bài 1. Điền vào chỗ trống: Cánh cung là một vật có tính chất đàn hồi. Khi nó bị...., nó sẽ tác dụng vào
hai đầu dây cung hai lực đàn hồi. Hai lực này cùng lúc sẽ tác dụng vào dây cung, chúng có cùng
phương, ngược chiều và đó là hai lực cân bằng. A. Trọng lượng B. Lực cân bằng C. Biến dạng
D. Vật có tính chất đàn hồi Đáp án
Cánh cung là một vật có tính chất đàn hồi. Khi nó bị biến dạng, nó sẽ tác dụng vào hai đầu dây cung hai
lực đàn hồi. Hai lực này cùng lúc sẽ tác dụng vào dây cung, chúng có cùng phương, ngược chiều và là hai lực cân bằng.
Bài 2. 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 dịnh của tờ giấy dán trên bảng Đáp án
C. Lực đẩy của lò xo dưới yên xe đạp
Bài 3. Vật nào dưới đâu 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 4. Lực đàn hồi xuất hiện tỉ lệ với độ biến dạng khi
A. Một vật bị biến dạng dẻo
B. Một vật biến dạng đàn hồi
C. Một vật bị biến dạng
D. Ta ấn ngón tay vào một viên đất nặn
Bài 5. Kết luận nào sau đây không đúng đối với lực đàn hồi
A. Xuất hiện khi bị vật bị biến dạng B. Luôn là lực kéo
C. Tỉ lệ với độ biến dạng
D. Ngược hướng với lực làm nó bị biến dạng
Bài 6. Điều nào sau 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
Bài 7. Một vật nặng đặt trên mặt bàn, làm mặt bàn võng xuống. Khẳng định nào sau dây sai?
A. Vật nặng tác dụng một lực nén lên mặt bàn. Mặt bàn tác dụng một phản lực pháp tuyến lên vật nặng.
Phản lực đó là một lực đàn hồi.
B. Lực đàn hồi do sự biến dạng của mặt bàn gây ra
C. Lực đàn hồi ở đây có phương thẳng đứng
D. Trọng lực của vât nặng lớn hơn lực đàn hồi nên mặt bàn võng xuống
Bài 8. Người ta dùng một sợi dây teo một quả nặng vào một cái móc trên trần nhà. Trong những điều
sau đây nói về lưc căng của sợi dây, điều nào đúng?
A. Lực căng là lực mà sợi dây tác dụng vào quả nặng và cái móc
B. Lực căng là lực mà quả nặng và cái móc tác dụng vào sợi dây làm nó căng ra
C. Lực căng hướng từ mỗi đầu sợi dây ra phía ngoài sợi dây
D. Lực căng ở đầu dây buộc vào quả nặng lớn hơn ở đầu dây buộc vào cái móc
Bài 9. Câu nào sau đây sai?
A. Lực căng của dây có bản chất là lực đàn hồi
B. Lực căng của dây có điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật
C. Lực căng có phương trùng với chính sợi dây, chiều hướng từ hai đầu vào phần giữa của dây
D. Lực căng có thể là lực kéo hoặc lực nén
Bài 10. Khẳng định nào sau đây là đúng khi ta nói về lực đàn hồi của lò xo và lực căng của dây?
A. Đó là những lực chống lại sự biến dạng đàn hồi của lò xo và sự căng của dây
B. Đó là những lực gây ra sự biến dạng đàn hồi của lò xo và sự căng của dây
C. Chúng đề là những lực kéo
D. Chúng đều là những lực đẩy
Bài 11. Một sợi dây cao su và một lò xo có tính chất nào giống nhau? Đáp án
Một sợi dây cao su và một lò xo có tính chất giống nhau là tính chất đàn hồi
6.2. Bài tập về Lực đàn hồi của lò xo và Định luật Húc
Bài 1. 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? A. 100 N/m B. 150 N/m C. 200 N/m D. 25 N/m Đáp án
Độ biến dạng của lò xo là: = 18 - 15 = 3 cm = 3.10-2 m
Độ cứng của lò xo là: k = F / = 4,5 / 3.10-2 = 150 N/m
Bài 2. Treo một vật có trọng lượng 2 N vào một lò xo, lò xo dãn ra 10 mm. Treo một vật khác có trọng
lượng chưa biết vào lò xo, nó dãn 80 mm.
a. Tính độ cứng của lò xo
d. Tính trọng lượng chưa biết Đáp án
a. Độ cứng của lò xo: k = F / = 2 / 10.10-3 = 200 N/m
b. Trọng lượng chưa biết là: P = = 200.80.10-3 = 16 N
Bài 3. Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 15cm. Lò xo được giữ cố định tại một đầu, con đầu kia
chịu một lực kéo bằng 4,5 N. Khi ấy là xo dài 18 cm. Độ cứng của lò xo bằng bao nhiêu? A. 95 N/m B. 100 N/m C. 150 N/m D. 200 N/m Đáp án Độ dãn của lò xo là:
= l - lo = 18 - 15 = 3 cm = 0.03 m Có: F =
⇒ Độ cứng của lò xo: k = F / = 4,5 / 0,03 = 150 N/m
Bài 4. Một lò xo có khối lượng không đáng kể và chiều dài tự nhiên 20 cm, troe vào đầu dưới của
một lò xo một vật nặng 100 g. Khi m cân bằng thì lò xo có chiều dài 25 cm, lấy g = 10 m/s2. Tính độ cứng k của lò xo. A. 15 N/m B. 20 N/m C. 25 N/m D. 30 N/m Đáp án
Vật m chịu tác dụng của hai lực là P và Fđh
m cân bằng nên ta có: P = Fđh ⇔ m.g = k. ⇒ k = m.g / = 1 / | 0.25 - 0.2 | = 20 N/m
Bài 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. A. 40,5 cm B. 41,5 cm C. 42,5 cm D. 43,5 cm Đáp án
Bài 6. 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. A. 1,2 kg B. 2 kg C. 1,3 kg D. 1,4 kg Đáp án
Bài 7. Một lò xo khối lượng không đáng kể, được treo thẳng đứng. Khi treo vật m1 = 200g vào đầu lò
xo thì lò xo dài l1 = 25 cm. Nếu thay đổi m1 bởi m2 = 300 g vào lò xo thì chiều dài của lò xo là l2 = 27
cm. Hãy tính độ cứng và chiều dài tự nhiên của lò xo. Lấy g= 10m/s2. Đáp án * m1 cân bằng ta có: * m2 cân bằng: Từ (1) và (2) ta được:
Thay vào (1) ta được: m1.g = k.(0,25 - 0,21) => k = (0,2 . 10) / 0,04 = 50 N/m
Bài 8. Một lò xo có các vòng giống hệt nhau có chiều dài tự nhiên lo = 24 cm, độ cứng ko = 100 N/m.
Người ta cắt lò xo này thành hai lò xo có chiều dài l1 = 8 cm, l2 = 16 cm. Tính độ cứng k1 và k2 của
mỗi lò xo tạo thành. Đáp án
* Độ cứng k0 của một lò xo dài tự nhiên lo là: Trong đó: E: suất đàn hồi
S: Là diện tích tiết diện ngang của dây cuốn lò xo Ta có: => k2 = 150 N/m
Bài 9. Khi nói về lực đàn hồi của lò xo. Phát biểu nào sau đây 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
Bài 10. Trong giới hạn đàn hồi của lò xo, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ:
A. Với độ biến dạng của lò xo
B. Với chiều dài của lò xo
C. Nghịch với độ biến dạng của lò xo
D. Nghịch với chiều dài lò xo
Bài 11. Lực đàn hồi của lò xo xuất hiện khi: A. Chỉ khi lò xo bi nén B. Chỉ khi lò xo bị giãn
C. Khi lò xo có chiều dài tự nhiên
D. Khi lò xo bị biến dạng
Bài 12. Hai người cầm hai đầu của một lực kéo lò xo và kéo ngược chiều những lực bằng nhau, tổng
độ lớn hai lực kéo là 100N. Lực kế chỉ giá trị? A. 50N B. 100 N C. 0 N D. 25 N
Bài 13. Một vật có khối lượng 200 g đưuọc đặt lên đầu một lò xo có độ cứng 100 N.m theo phương
thẳng đứng. Biết chiều dài tự nhiên của lò xo là 20 cm. Bỏ qua khối lượng của lò xo, lấy g = 10 m/s2.
Chiều dài của lò xo là? A. 22 cm B. 2 cm C. 18 cm D. 15 cm
Bài 14. Một lò xo có đầu tên cố định. Nếu treo vật nặng khối lượng 600 g vào một đầu thì lò xo có
chiều dài 23 cm. Nếu treo vật nặng 800 g vào một đầu thì lò xo có chiều dài 24 cm. Biết khi treo cả
hai vật trên vào một đầu thì lò xo vẫn ở trong giới hạn đàn hồi. Độ cứng của lò xo là? A. 200 N/m B. 100 N/m C. 150 N/m D. 250 N/m 5 6 đánh giá