Lực đàn hồi – Bí mật từ những lò xo trong cuộc sống

Đã bao giờ bạn tò mò về lực đàn hồi là gì? Hay là công thức tính và ứng dụng của nó trong thực tế? Hôm nay, chúng ta sẽ khám phá bí mật đằng sau những lò xo và lực đàn hồi mà chúng mang lại.

Bạn đang xem: Lực đàn hồi – Bí mật từ những lò xo trong cuộc sống

Biến dạng đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

Để hiểu rõ hơn về lực đàn hồi là gì, chúng ta hãy thực hiện một thí nghiệm với lò xo để tìm hiểu sự biến dạng của nó.

Biến dạng đàn hồi của một lò xo

Khi một vật đang ở hình dạng ban đầu và chịu tác động của lực, nó sẽ bị biến dạng. Tuy nhiên, nếu không có tác dụng của lực, vật đó sẽ trở lại trạng thái ban đầu. Đây chính là sự biến dạng đàn hồi.

Lò xo là một vật có tính biến dạng đàn hồi. Khi ta kéo hoặc nén lò xo (với một lực không quá lớn), nó sẽ thu ngắn hoặc dãn ra. Khi buông ra, lò xo sẽ trở lại chiều dài ban đầu.

Độ biến dạng của lò xo

Chúng ta có thể hiểu thêm về sự biến dạng của lò xo thông qua một thí nghiệm đơn giản. Bạn sẽ cần chuẩn bị các dụng cụ như: một chiếc lò xo xoắn, giá thí nghiệm, thước đo chiều dài và các quả nặng loại 50g.

Các bước thực hiện như sau:

1. Treo lò xo vào giá làm thí nghiệm theo phương thẳng đứng.
2. Đo chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo (kí hiệu: lo).
3. Treo một quả nặng 50g vào đầu bên dưới của lò xo và đo độ dài khi đó (l1: chiều dài của lò xo khi treo một quả nặng).
4. Treo thêm 2 quả nặng 50g và đo độ dài của lò xo (l2).
5. Treo 3 quả nặng 50g và đo độ dài của lò xo (l3).

Kết quả của thí nghiệm được ghi dưới bảng sau:

Từ thí nghiệm, chúng ta có thể rút ra những kết luận sau về độ biến dạng của lò xo:

• Lò xo là vật có tính chất đàn hồi.
• Khi treo một quả nặng vào lò xo, lò xo sẽ dãn ra và chiều dài tăng lên. Khi bỏ quả nặng, lò xo sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
• Độ giãn của lò xo là hiệu giữa chiều dài khi bị biến dạng và chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo: Δl = l – l0.

Lực đàn hồi là gì?

Lực đàn hồi là lực được sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Ví dụ, lực gây ra bởi một lò xo khi nó bị nén lại hoặc bị kéo dãn ra. Lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó, tức là nó cố gắng đưa vật trở lại trạng thái ban đầu trước khi 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. Chúng ta gọi đó là giới hạn đàn hồi. Khi vượt qua giá trị này, vật sẽ bị biến dạng mà không thể trở lại trạng thái ban đầu được.

Đặc điểm của lực đàn hồi là gì?

Dựa trên một số thí nghiệm, chúng ta có thể nhận thấy một vài đặc điểm của lực đàn hồi như sau:

• Lò xo là một vật đàn hồi. Khi ta tác động vào nó bằng lực nén hoặc kéo với một độ vừa phải, sau khi buông ra, chiều dài của lò xo sẽ trở lại như ban đầu.
• Sự biến dạng của lò xo tạo ra lực đàn hồi tác động lên các vật tiếp xúc hoặc gắn vào hai đầu của nó.
• Lực đàn hồi càng lớn khi độ biến dạng của lò xo càng lớn.
• Độ biến dạng của lò xo phụ thuộc vào chất liệu, nó quyết định độ lớn của lực đàn hồi.

Lực đàn hồi phụ thuộc vào yếu tố nào?

Lực đàn hồi phụ thuộc vào biến dạng của vật đàn hồi. Độ biến dạng của vật đàn hồi phần lớn sẽ phụ thuộc vào chất liệu cấu thành nó.

Nếu vật đàn hồi là lò xo, chúng ta có một số nhận xét sau:

• Lò xo chỉ giãn nếu các vòng của nó được quấn một cách đều đặn. Nếu chúng ta kéo các vòng bị biến dạng không đều, thì thí nghiệm sẽ không thành công.
• Tính đàn hồi của lò xo phụ thuộc phần lớn vào vật liệu làm lò xo. Thép và đồng có tính đàn hồi tốt, nên được sử dụng để làm lò xo.

Công thức tính lực đàn hồi – Định luật Húc

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

Fđh = k * |Δl|

Trong đó:

• k: Hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo (N/m)
• Fđh: Độ lớn của lực đàn hồi (N)
• Δl: Độ biến dạng của lò xo (m)
• Δl > 0: Lò xo chịu biến dạng giãn
• Δl < 0: Lò xo chịu biến dạng nén
• l₀: Chiều dài ban đầu của lò xo (m)
• l: Chiều dài của lò xo sau khi biến dạng nén hoặc dãn (m)

Khi lò xo treo thẳng đứng, một đầu gắn cố định, đầu còn lại treo vật m, ở trạng thái vật m nằm cân bằng, Fđh = P = mg.

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

Lưu ý:

• Đối với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn. Do đó trong trường hợp này gọi là lực căng.
• Đối với mặt tiếp xúc bị biến dạng khi bị ép vào nhau, lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

Các trường hợp thường gặp của lực đàn hồi

Lực đàn hồi của lò xo

Lực đàn hồi của lò xo có một số đặc điểm:

• Phương: Trùng với phương của trục lò xo.
• Chiều: Ngược với chiều biến dạng của lò xo.
• Độ lớn: Fđh = k * |Δl|.

Trong đó:

• Δl: Độ biến dạng của lò xo.
• k: Hệ số đàn hồi (N/m).
• Lực đàn hồi luôn ngược hướng với chiều biến dạng.

Lực căng của dây

Lực căng của dây có một số đặc điểm:

• Điểm đặt: Là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.
• Phương: Trùng với chính sợi dây.
• Chiều: Hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây.
• Lực căng tác dụng lên một vật chỉ có thể là lực kéo, không thể là lực đẩy.

Ứng dụng của lực đàn hồi trong cuộc sống

Lực đàn hồi được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Có rất nhiều dụng cụ và thiết bị sử dụng lực đàn hồi để hoạt động. Dưới đây là một số ứng dụng thực tế của lực đàn hồi:

• Cầu bật cho các vận động viên nhảy đà.
• Lò xo giảm xóc ở xe máy.
• Lò xo trong các loại súng hơi.
• Ná cao su – trò chơi của trẻ em.
• Dàn dây đàn hồi cho các vận động viên nhào lộn.
• Nhịp đàn hồi ở các bánh xe, ô tô, tàu hỏa, đệm mút của giường nằm, ghế ngồi xe ô tô.
• Cánh cung.

Từ những ứng dụng trên, ta có thể thấy lực đàn hồi mang lại nhiều lợi ích trong cuộc sống. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng lực đàn hồi cũng có thể gây ra những tác hại nếu không được điều chỉnh đúng cách. Vì vậy, người ta phải thiết kế hệ thống để triệt tiêu lực đàn hồi và giảm bớt dao động đối với những trường hợp không mong muốn.

Bài viết đã chia sẻ những kiến thức bổ ích về lực đàn hồi. Hy vọng rằng nó sẽ giúp ích cho bạn trong những lĩnh vực trong cuộc sống. Hãy liên hệ với chúng tôi tại AME Group nếu bạn có thắc mắc hoặc đóng góp ý kiến.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Công thức