I - BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI

 1. Thí nghiệm

 Khảo sát sự biến dạng (nén hoặc bị kéo) của thanh rắn (Video 35.1,2).

  a) Chọn một thanh rắn có tiết diện ngang là S và độ dài ban đầu l_o. Giữ cố định một đầu kia của thanh và kéo (hoặc nén) đầu kia bằng một lực  làm thanh bị biến dạng đàn hồi. Khi đó thanh rắn có độ dài l và trong thanh rắn xuất hiện lực đàn hồi  cân bằng với ngoại lực .

Mức độ biến dạng (nén hoặc bị kéo) của thanh rắn được xác định bởi độ biến dạng tỉ đối:

     (35.1)

  b) Sự thay đổi hình dạng và kích thước của vật rắn do chịu tác dụng của ngoại ực gọi là biến dạng cơ. Nếu vật lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu khi ngoại lực thôi tác dung thì biến dạng của vật gọi là biến dạng đàn hồi, vật rắn đó có tính đàn hồi.

 2. Giới hạn đàn hồi

 Nếu hình dạng và kích thước của vật rắn không trở lại như ban đầu thì vật rắn có tính dẻo và biến dạng của nó là biến dạng dẻo (hay biến dạng còn dư).

  Giới hạn đàn hồi là giới hạn trong đó vật còn giữ được tính đàn hồi (giới hạn đó có thể là độ lớn lực, hướng của lực hoặc thời gian tác dụng của lực).

Video 35.1

Video 35.2

II - ĐỊNH LUẬT HÚC

 1. Ứng suất

Thí nghiệm chứng tỏ độ biến dạng tỉ đối e của thanh rắn không những phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng F mà còn phụ thuộc vào tiết diện ngang S của thanh đó. Nếu F càng lớn thì S càng nhỏ và e càng lớn. Như vậy, độ biến dạng tỉ đối e của thanh rắn phụ thuộc vào thương số:

     (35.2)

  Đại lượng s gọi là ứng suất. Đơn vị đo của s là paxcan (Pa):

1 Pa = 1N/m²

 2. Định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn

 Nhà bác học người Anh Rô-bớt Húc (Robert Hooke, 1635 - 1703) là người phát minh ra định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn:

  Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn (đồng chất, hình trụ) tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó.

     (35.3)

  với α là hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu vật rắn (N/m).

3. Lực đàn hồi

Từ công thức (35.3) suy ra:

    (35.4)

  Dưới tác dụng của lực không đổi F, thanh rắn biến dạng một đoạn ∆l. Khi đó, theo định luật III Niutơn và định luật Húc, ta tìm được độ lớn của lực đàn hồi là:

   (35.5)

  Trong đó:

    

              là suất đàn hồi hay suất Y-âng (Young) đặc trưng cho tính đàn hồi của vật rắn. Đơn vị đo của E cũng là paxcan (Pa).

  với

                 là hệ số đàn hồi hay độ cứng (N/m) phụ thuộc bản chất và kích thước của thanh rắn.

 4. Giới hạn bền và hệ số an toàn của vật liệu

  a) Giới hạn bền

 Treo vào một dây thép những vật có trọng lượng tăng dần ta thấy khi lực tác dụng lên dây còn nhỏ thì biến dạng của dây là đàn hồi. Khi lực tác dụng đạt tới một giá trị nào đó thì biến dạng của dây trở thành biến dạng còn dư. Khi lực đạt tới giá trị F_b thì dây đứt.

  Thương số của F_b và tiết diện ngang của dây gọi là giới hạn bền của vật liệu làm dây:

  Giới hạn bền được tính ra N/m².

  b) Hệ số an toàn

 Khi chế tạo máy móc hoặc xây dựng các công trình phải chú ý tới giới hạn bền của vật liệu. Phải tính toán sao cho mỗi đơn vị tiết diện ngang của vật liệu chỉ phải chịu những lực nhỏ hơn giới hạn bền của vật liệu n lần. Hệ số n càng lớn thì công trình càng an toàn. Hệ số n được gọi là hệ số an toàn của vật liệu.

   n thường có giá trị từ 1,7 đến 10.

Video 35.3