I - HƯỚNG VÀ ĐIỂM ĐẶT CỦA LỰC ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO

 1. Điểm đặt

 Lực đàn hồi của lò xo xuất hiện ở hai đầu của lò xo và tác dụng vào các vật tiếp xúc hoặc gắn với nó làm nó biến dạng.

 2. Hướng

 Hướng của lực đàn hồi ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng. Cụ thể, khi bị dãn, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo vào phía trong; còn khi bị nén, lực đàn hồi hướng theo trục của lò xo ra phía ngoài (Video 12.1a,b).

Video 12.1a. Mô phỏng bản chất hiện tượng

Video 12.1b. Mô phỏng bản chất hiện tượng

II - ĐỘ LỚN CỦA LỰC ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO. ĐỊNH LUẬT HÚC

 Nhà bác học người Anh Rô-bớt Húc (Robert Hooke, 1635 - 1703) là người đầu tiên nghiên cứu và giải quyết được mối liên quan giữa độ lớn của lực kéo và độ lớn của lực đàn hồi với độ dãn của lò xo.

 1. Thí nghiệm

 Bố trí thí nghiệm như ở Video 12.2.

  Lúc đầu treo một quả cân có trọng lượng P vào lò xo. Theo định luật Niu-tơn III, lực mà quả cân kéo lò xo và lực của lò xo kéo quả cân luôn có độ lớn bằng nhau. Khi quả cân đứng yên : F = P = mg.

  Treo 2, 3 quả cân vào lò xo. Mỗi lần, ta đo chiều dài l và l_o của lò xo trước và sau khi treo quả cân rồi tính độ dãn . Ta có kết quả như Bảng 12.1.

Video 12.1. Mô phỏng thí nghiệm

Bảng 12.1

2. Giới hạn đàn hồi của lò xo

 Thí nghiệm còn cho thấy, nếu trọng lượng của tải vượt quá một giá trị nào đó thì độ lớn của lò xo sẽ không còn tỉ lệ với lực kéo và khi bỏ tải thì lò xo không co về đến chiều dài cũ nữa. Cặp giá trị đó của F và Δl xác định giới hạn đàn hồi của lò xo.

Video 12.1. Mô phỏng thí nghiệm

 3. Định luật Húc

  a) Phát biểu

  Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo (Video 12.2).

  b) Biểu thức

    (12.1)

  Trong đó:

  k: độ cứng của lò xo

  : độ biến dạng của lò xo

  Hệ số tỉ lệ k gọi là độ cứng của lò xo. Hệ số k càng lớn thì lò xo càng ít bị biến dạng. Độ cứng của lò xo phụ thuộc vào chất thép dùng làm lò xo, đường kính của vòng xoắn và tiết diện dây.

  Đơn vị đo độ cứng là N/m.

Bài tập ví dụ. Khi người ta treo quả cân 300g vào đầu dưới của một lo xo (đầu trên cố định), thì lo xo dài 31cm. Khi treo thêm quả cân 200g nữa thì lo xo dài 33cm. Tính chiều dài tự nhiên và độ cứng của lo xo. Lấy g = 10m/s².

Giải:

Khi m₁ ở trạng thái cân bằng :

₁ = _đh1

Độ lớn : P₁ = F_đh1  

          m₁.g = k . Dl₁                  (1)           

Tương tự khi treo thêm  m’ ta có :

         ( m₁ + m’ ). g = k . Dl₂     (2)                    

Khi đó ta có hệ :

Lập tỉ số : (1) /(2) ta có :

      Þ

   Û  5( l₁ - l₁ )   =  3( l₂ - l_o) 

   Û 15l₁  - 5l_o     =  3 l₂   -  3 l_o

   Û  155 - 5l_o     =   99   -  3l_o

   Û         2 l_o       =    56

   Û       l_o           =   28 cm = 0,28 m .

   Thế   l_o = 0,28 m vào (1)

 Từ (1) Û 0,3.10 = k.(0,31 – 0,28)

Û k =  = 100 N/m.

4. Chú ý

a) Đối với dây cao su hay dây thép lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn. 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 (Hình 12.1,2,3,4).

b) Đối với các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau, lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc (Hình 12.5,6,7,8).

Hình 12.1. Lòng đường của cây cầu Thuận Phước - TP Đà Nẵng được giữ lên bằng sức căng của những sợi dây cáp, lực nén của các trụ cầu, ...

Hình 12.2. Dây thun (cao su)

Hình 12.3. Dây cót của đồng hồ

Hình 12.4. Dây cung

Hình 12.5

Hình 12.6. Quả bóng

Hình 12.7. Cái kẹp phơi quần áo

Hình 12.8. Giảm xốc (phuộc) xe gắn máy

Hình 12.9. Vận động viên Vũ Văn Huyện  lập kỷ lục mới môn nhảy sào nam với thành tích 4m70 tại giải vô địch điền kinh QG 2009 (Ảnh: Lê Thanh)