Lực đàn hồi là gì? – Công thức tính và ứng dụng trong thực tế

Sức căng đàn hồi và độ căng lò xo

Để hiểu lực đàn hồi là gì, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu một thí nghiệm về lực đàn hồi của lò xo để tìm hiểu sự biến dạng của lực đàn hồi.

Độ biến dạng đàn hồi của lò xo

Độ biến dạng đàn hồi của lò xo được hiểu như sau: dưới hình dạng ban đầu, vật sẽ biến dạng sau khi chịu lực. Tuy nhiên, nếu không có lực tác dụng thì vật lại trở về trạng thái ban đầu. Ta nói biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi.

Có thể xem lò xo là vật biến dạng đàn hồi. Vì khi ta kéo hoặc nén lò xo bằng tay (không quá mạnh) thì nó sẽ ngắn lại hoặc dài ra. Khi buông tay thì lò xo trở lại chiều dài ban đầu.

Sức căng lò xo

Để hiểu sâu hơn về độ biến dạng của lò xo, các em cùng làm thí nghiệm sau:

Chuẩn bị thiết bị của bạn

• lò xo xoắn
• Giá thử nghiệm
• Đo chiều dài,
• Quả nặng 50g



Các bước

• Bước 1: Treo lò xo thẳng đứng trên băng thử.
• Bước 2: Đo chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo (độ dài này gọi là chiều dài tự nhiên, kí hiệu: lo)
• Bước 3: Treo một quả nặng khối lượng 50g vào đầu dưới của lò xo, lò xo sẽ ​​chịu tác dụng của lực từ nên không dãn ra được. Sau đó đo chiều dài của lò xo (l1: chiều dài của lò xo khi vật treo quá nặng)

Tính độ dãn dài của lò xo sau khi treo vật nặng (nghĩa là chiều dài của lò xo tăng lên sau khi treo vật nặng) l1 – l0



• Bước 4 Treo hai vật nặng 50g vào đầu dưới của lò xo. Sau đó đo chiều dài của lò xo (l2)

Tính độ dãn dài của lò xo sau khi treo 2 vật nặng (tức là sau khi treo 2 vật nặng thì chiều dài của lò xo tăng lên): l2 – l0

• Bước 5: Treo ba quả cân 50g vào đầu dưới của lò xo. Sau đó đo chiều dài của lò xo (l3)

Tính độ dãn dài của lò xo sau khi treo 3 vật nặng (tức là sau khi treo 3 vật nặng thì chiều dài của lò xo tăng lên): l3 – l0

Kết quả thử nghiệm được liệt kê bên dưới

Qua thí nghiệm trên, về độ biến dạng của lò xo ta có thể rút ra kết luận sau:

• Lò xo có tính đàn hồi.
• Khi treo một quả nặng vào một lò xo thì lò xo dãn ra và dài ra. Khi ta bỏ quả nặng ra khỏi lò xo thì chiều dài của lò xo sẽ ​​trở lại trạng thái ban đầu, đúng bằng chiều dài ban đầu của nó.
• Độ dãn dài của lò xo là hiệu giữa chiều dài khi bị biến dạng và chiều dài tự nhiên của lò xo: ​​l = l – l0 (l: chiều dài của lò xo khi bị dãn, l0: chiều dài tự nhiên ban đầu của đầu lò xo)
• Nếu treo một vật có khối lượng lớn hơn thì lò xo sẽ ​​dãn ra nhiều hơn. Độ dãn dài của lò xo treo thẳng đứng tỉ lệ thuận với khối lượng của vật treo.



Công thức tính độ biến dạng của lò xo

Δl= l – l₀

• l: Chiều dài của lò xo khi bị kéo căng
• l₀: Chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo

Độ đàn hồi là gì?

Lực đàn hồi là lực do các vật đàn hồi tác dụng khi chúng biến dạng. Ví dụ, lực do lò xo tác dụng khi nó bị nén hoặc bị kéo căng. Độ co giãn có xu hướng chống lại nguyên nhân của nó. Tức là nó có xu hướng đưa vật thể trở lại trạng thái ban đầu khi nó chưa bị biến dạng.



Giới hạn đàn hồi

Khi độ biến dạng đàn hồi đạt đến một giá trị nhất định thì lực đàn hồi sẽ không xuất hiện nữa, ta gọi đó là giới hạn đàn hồi.

Khi vượt quá giá trị đàn hồi này, vật thể sẽ biến dạng và không thể trở lại trạng thái ban đầu.



Tính đàn hồi là gì?

Từ một số thí nghiệm trên, ta có những đánh giá về độ co giãn như sau:

• Lò xo là vật đàn hồi. Khi chúng ta tác dụng một lực vừa phải như nén hoặc kéo giãn, chiều dài của chúng sẽ trở lại chiều dài ban đầu sau khi chúng ta buông tay.
• Sự biến dạng của lò xo tác dụng lực lò xo lên các vật tiếp xúc hoặc gắn vào đầu của nó.
• Độ biến dạng của lò xo càng lớn thì độ bền càng lớn.
• Độ biến dạng của lò xo sẽ ​​phụ thuộc vào chất liệu của vật thể, thứ quyết định độ lớn của lực lò xo.

Độ đàn hồi phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Lực đàn hồi sẽ phụ thuộc vào độ biến dạng của chất đàn hồi. Sự biến dạng của một chất đàn hồi phụ thuộc phần lớn vào vật liệu tạo nên nó.

Ngoài ra, nếu vật đàn hồi là lò xo, ta có nhận xét sau:

• Một lò xo chỉ dãn ra khi các vòng của nó được quấn đều đặn. Nếu ta kéo lò xo ra quá giới hạn đàn hồi của nó, hay nói cách khác, nếu ta kéo vòng lò xo biến dạng không đều thì thí nghiệm sẽ thất bại.
• Độ đàn hồi của lò xo phụ thuộc phần lớn vào chất liệu làm lò xo. Thép và đồng có tính đàn hồi tốt và là nguyên liệu chính để chế tạo lò xo.

Công thức tính lực đàn hồi – định luật ghép nối

Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. Biểu thức của định luật Bart như sau:

Vị trí:

• k: Hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo (n/m)
• fđh: kích thước (n) của độ co giãn
• Δl=l – lo: độ biến dạng của lò xo (m)
• Δl > 0: Lò xo dãn và biến dạng
• Δl <; 0: Lò xo bị nén và biến dạng
• l₀: Chiều dài ban đầu của lò xo (m)
• l: Chiều dài của lò xo sau khi nén hoặc dãn (m)

Khi lò xo treo thẳng đứng, một đầu cố định, đầu kia treo vật m thì vật m ở trạng thái cân bằng: fđh = p = miligam</strong

Công thức tính độ cứng của lò xo: ​​k = mg/Δl

Lưu ý:

• Với dây chun hay dây chun độ đàn hồi chỉ xảy ra khi nó bị kéo căng bởi một ngoại lực. Vì vậy, trong trường hợp này được gọi là căng thẳng.
• Đối với các bề mặt tiếp xúc biến dạng khi ép vào nhau, lực đàn hồi vuông góc với bề mặt tiếp xúc.

Các trường hợp co giãn phổ biến

Lực lò xo

Lực đàn hồiMột lò xo có các tính chất nhất định:

• Hướng: trùng với hướng của trục lò xo
• Hướng: ngược với hướng biến dạng của lò xo
• Độ lớn: fđh = k |Δl|

Ở đâu:

• Δl: độ biến dạng của lò xo
• k: hệ số đàn hồi (n/m)
• Độ đàn hồi luôn ngược chiều biến dạng



Độ căng dây

Một số thuộc tính về lực căng của dây như:

• Điểm đặt: là điểm mà đầu dây chạm vào vật
• Hướng: trùng với chính sợi dây
• hướng: hướng từ hai đầu sợi dây đến giữa sợi dây
• Lực căng của một vật chỉ có thể kéo chứ không thể đẩy.



Ứng dụng của lực đàn hồi trong đời sống hàng ngày

Trên thực tế, có nhiều công cụ và thiết bị sử dụng lực này để hoạt động, bao gồm một số ứng dụng của sự đàn hồi, chẳng hạn như:

• Bàn đạp cho người nhảy cầu.
• Lò xo giảm xóc xe máy.
• Lò xo trong súng hơi hạng nhẹ.
• Gậy cao su – trò chơi của trẻ em.
• Dây đàn hồi của Acrobat.
• Nhịp điệu nảy của bánh xe, ô tô, tàu hỏa, đệm, ghế ô tô.
• Cúi đầu.



Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn độ đàn hồi thì nó cũng tồn tại một số nhược điểm như: khi xe bị va chạm sẽ khiến yên xe rung lắc liên tục. Vì vậy, cần phải tạo ra một hệ thống giảm lực nhằm giảm rung động cho người ngồi trên xe và tránh cảm giác khó chịu cho người ngồi trong xe.

Vì vậy, bài viết trên chia sẻ kiến ​​thức thực tế về độ co giãn. Tôi hy vọng nó sẽ giúp bạn trong mọi khía cạnh của cuộc sống của bạn. Đối với bất kỳ câu hỏi hoặc nhận xét nào, vui lòng liên hệ với nhóm để được hỗ trợ.