Lực đàn hồi là gì? Đặc điểm và công thức – Hoàng Vina

Lực đàn hồi là gì? Đặc điểm và công thức và ứng dụng của lực đàn hồi trong thực tế ra sao? Để ứng dụng được những điều ấy trước tiên hãy cùng tìm hiểu về lực đàn hồi thông qua bài viết này nhé. 

1. Lực đàn hồi là gì?

Lực đàn hồi là gì? đó là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Vật đàn hồi thường rất đa dạng, có thể là dây chun, lò xo, dây cao su,… Lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Tức là nó có xu hướng đưa vật trở lại trạng thái ban đầu khi chưa bị biến dạng.

Nếu vật đàn hồi là lò xo, thì lực tác dụng khi lò xo bị biến dạng tác dụng vào quả nặng được treo gọi là lực đàn hồi.

Lực đàn hồi là tương tác giữa các phân tử hay nguyên tử, tức là lực điện từ giữa các electron và proton bên trong vật đàn hồi.

2. Giới hạn đàn hồi

Lực đàn hồi là gì? và giới hạn lực đàn hồi khi nào? Khi độ biến dạng đàn hồi đạt đến một giá trị nhất định nào đó thì lực đàn hồi không xuất hiện nữa thì ta gọi chúng là giới hạn đàn hồi.

Khi vượt qua giới hạn đàn hồi này thì lúc đó vật cũng sẽ bị biến dạng và không thể trở lại hình dạng ban đầu.

Lực đàn hồi

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. Lực xuất hiện khi vật bị biến dạng có tác dụng khôi phục lại hình dạng ban đầu gọi là lực đàn hồi.

Lực đàn hồi có điểm đặt vào vật bị biến dạng, cùng phương, ngược chiều có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng tại thời điểm xuất hiện.Khi lực 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. Lực đàn hồi của lo xo xuất hiện ở cả hai đầu của lò xo và tác dụng vào vật tiếp xúc với nó làm biến dạng.

Lực đàn hồi của lò xo

Một lò xo treo thẳng đứng khối lượng không đáng kể, chiều dài ban đầu của lò xo khi chưa biến dạng là lo; Treo vào lò xo một vật nặng có khối lượng m khi đó chiều dài của lò xo là l. Độ biến dạng của lò xo là Δl=l – lo

Treo thêm các quả nặng có khối lượng giống nhau người ta nhận thấy rằng ứng với vật có khối lượng m lò xo biến dạng một đoạn là Δl; khi khối lượng của vật treo là 2m thì lò xo biến dạng một đoạn là 2Δl …

Gia tốc trọng trường là không đổi, lực tác dụng vào lò xo là trọng lực P=mg, theo định luật III Newton ta có Fđh=P => độ lớn của lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ biến dạng Δl của lò xo. Tiến hành thí nghiệm tương tự với trường hợp lò xo bị nén.

Đặc điểm của lò xo là độ biến dạng của lò xo càng lớn thì lực đàn hồi càng lớn và ngược lại.

Lực đàn hồi của sợi dây (lực căng dây)

Khi một sợi dây bị kéo căng nó sẽ tác dụng lên hai vật gắn với đầu dây. Trong trường hợp này lực đàn hồi được gọi là lực căng dây. Lực căng dây có điểm đặt và hướng giống như lực đàn hồi.

3. Đặc điểm của lực đàn hồi là gì?

Nhìn lại về ví dụ vật đàn hồi là lò xo ở trên, ta sẽ đưa ra được một vài nhận xét sau:

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

4. Lực đàn hồi phụ thuộc vào yếu tố nào?

Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của vật đàn hồi. Còn độ biến dạng của vật đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào chất liệu cấu thành lên nó.

Tuy nhiên, để mở rộng thêm thì chúng ta xét vật đàn hồi là lò xo để có thêm một số nhận xét sau đây:

• Lò xo chỉ dãn nếu các vòng của nó được quấn một cách đều đặn. Nếu chúng ta vô tình kéo dãn lò xo ra khỏi giới hạn đàn hồi của nó, hay nói cách khác kéo các vòng bị biến dạng không đều nhau thì thí nghiệp về lực đàn hồi sẽ thất bại
• Tính đàn hồi của lò xo phụ thuộc vào vật liệu làm lò xo. Thép và đồng có tính đàn hồi khá tốt nên trong thực tế đây là hai chất liệu được dùng chủ yếu làm lò xo.

5. Công thức tính lực đàn hồi và bài tập áp dụng

Độ lớn của lực đàn hồi

Độ lớn của lực đàn hồi được áp dụng bởi định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

Fđh=k|Δl|

Trong đó

• k: hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo (N/m)
• Fđh: lực đàn hồi (N)
• Δl=l – lo: độ biến dạng của lò xo (m)
• Δl > 0: lò xo chịu biến dạng giãn
• Δl < 0: lò xo chịu biến dạng nén

Biểu thức tính công của lực đàn hồi

Lực đàn hồi là gì? và biểu thức tính công của lực đàn hồi ra sao?

Khi lò xo biến dạng và đầu lò xo gắn quả nặng di chuyển từ vị trí x1 đến vị trí x2 lúc này công của lực đàn hồi thực hiện được tính theo công thức:

Đặc điểm: Công của lực đàn hồi chỉ phụ thuộc vào các vị trí điểm đầu và điểm cuối của sự biến dạng đồng thời lực đàn hồi cũng là lực thế.

Bài tập áp dụng

Ví dụ 1:  Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 30cm, khi bị nén lò xo dài 24cm và lực đàn hồi của nó bằng 5N. Hỏi khi lực đàn hồi bị nén bằng 10N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Lò xo bị nén, độ biến dạng của lò xo là:

Δl=l0−l=30−24=6cm=0,06m

Độ cứng của lò xo là:

k=F/Δl=50/06=250/3 (N/mk)

Khi lực đàn hồi của lò xo bị nén bằng 10N, ta có:

Δl′=F′/k=10/(250/3)=0,12m=12cm.

Chiều dài của lò xo lúc này là:

l=l0−Δl=30−12=18cm
Ví dụ 2: Một lò xo có độ dài l = 50cm, độ cứng k = 50N/m. Cắt lò xo làm hai phần có chiều dài lần lượt là l1=20cm,l2=10cml1=20cm,l2=10cm. Tìm độ cứng của mỗi đoạn.

Hướng dẫn giải

Ta có: kl=k1.l1=k2l2⇔50.0,5=k1.0,2=k2.0,1

Từ đó suy ra

• k1=125N/m
• k2=250N/m

6. Ứng dụng của lực đàn hồi trong cuộc sống

Lực đàn hồi là gì? và ứng dụng ra sao trong cuộc sống hiện đại ngày nay. Rất dễ để nhận thấy các ứng dụng của lực đàn hồi xung quanh chúng ta. Cùng liệt kê một số ứng dụng của nó nhé

Lực đàn hồi được ứng dụng trong đời sống qua một số công cụ 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 lợi ích to lớn của ứng dụng lực đàn hồi thì nó còn một tác hại: 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 cái lực này để làm giảm bớt dao động cho người ngồi trên xe, khỏi gây ra cảm giác khó chịu cho người trên xe.

Lực đàn hồi là gì? Đặc điểm và công thức tính lực đàn hồi được Hoàng Vina tổng hợp bài viết trên. Hy vọng giúp quý khách có được thông tin hữu ích!

>>> Xem thêm: Định luật vạn vật hấp dẫn là gì? Công thức tính lực hấp dẫn