Định luật Húc – Công thức tính lực đàn hồi của lò xo và bài tập từ A – Z

Lực đàn hồi của lò xo là một trong những kiến ​​thức vật lý lớp 10 cơ bản nhưng được ứng dụng nhiều trong các đề thi hiện nay. Sau đây, TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN chia sẻ lý thuyết Lực đàn hồi của lò xo là gì? Luật Húc và công thức lực đàn hồi của lò xo Đính kèm các bài tập trong bài viết bên dưới

Lực đàn hồi là gì??

Lực đàn hồi là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng.

Ví dụ: Lực tác dụng của lò xo khi nó bị nén hoặc bị dãn.

Chiều của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với chiều của ngoại lực gây ra biến dạng. Khi lò xo bị dãn thì lực đàn hồi của lò xo hướng theo phương của trục lò xo. Khi bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng ra ngoài.

Tìm hiểu thêm:

Công thức tính lực đàn hồi của lò xo – Định luật Húc

Giới hạn đàn hồi của lò xo

Mỗi lò xo hay mỗi vật đàn hồi đều có một giới hạn đàn hồi nhất định. Nếu trọng lượng của vật tải vượt quá giới hạn đàn hồi thì lò xo sẽ ​​không thể co trở lại chiều dài ban đầu được nữa.

Luật Húc

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

F_dh = k.Δl

Trong đó:

• F_dh là độ lớn của lực đàn hồi (N)
• k là độ cứng hoặc hệ số đàn hồi của lò xo (N / m)
• Δl là độ biến dạng của lò xo (m)

Khi lò xo treo thẳng đứng, một đầu cố định, đầu kia treo vật m thì vật m ở trạng thái cân bằng:

F_dh = P k. | Δl | = mg

Cắt lò xo: ​​Lò xo có độ cứng k₀ chiều dài l₀ cắt thành hai lò xo có k_{Đầu tiên}; l_{Đầu tiên} và k₂; l₂ sau đó k₀l₀ = k_{Đầu tiên}l_{Đầu tiên} = k₂l₂

Lò xo khớp:

+ Hai lò xo mắc nối tiếp:

Độ cứng: k = k_{Đầu tiên} + k₂

Tương tự với nhiều lò xo song song:

k = k_{Đầu tiên} + k₂ +… + K_N

Chú ý

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

Bài tập tính lực đàn hồi của lò xo thường gặp

Dạng 1: Xác định lực đàn hồi, độ biến dạng, độ cứng, chiều dài của lò xo

Sử dụng biểu thức định luật Húc: F_dh = k | Δl | = k | l – l₀|

=> Đại lượng cần tìm. Trong đó:

• Fdh: độ lớn của lực đàn hồi (N)
• k: độ cứng của lò xo
• l₀: chiều dài ban đầu của lò xo (m)
• l: chiều dài của lò xo sau khi biến dạng (m)
• Δl: độ biến dạng của lò xo (m)
• Δl = ll₀: khi lò xo bị kéo căng
• l = l₀-l: khi lò xo bị nén

Ví dụ 1: Trong giới hạn đàn hồi của một lò xo treo thẳng đứng đầu cố định. Treo một vật khối lượng 800g thì lò xo dài 24 cm; Treo một vật khối lượng 600g bằng một lò xo dài 23 cm. Lấy g = 10 m / s². Tính chiều dài của lò xo khi treo vật khối lượng 1,5kg

Câu trả lời

+ Khi treo đồ vật_{Đầu tiên} = 800g = 0,8 kg:

k | l_{Đầu tiên} – l₀| = m_{Đầu tiên}gk | 0,24 – l₀| = 8 (1)

+ Khi treo một vật khối lượng m₂ = 600g = 0,6 kg

k | l₂ – lo | = m₂g ⇒ k | 0,23 – lo | = 6 (2)

Giải thưởng (1) và (2) l₀ = 20 cm hoặc l₀ = 164/7 cm

Vì đầu trên cố định nên khi treo vật, lò xo sẽ ​​dãn l₀ > 23 cm

Vì vậy, lol₀ = 20 cm = 0,2 m

k = 200 N / m

+ Khi treo đồ vật₃ = 1,5 kg

k | l₃ – lo | = m₃g 200. (l₃ – 20) = 1,5.10 l₃ = 27,5 cm

Ví dụ 2: Treo một vật có khối lượng 200g vào lò xo có chiều dài cố định 34 cm; Nếu treo vật có khối lượng 100g thì lò xo dài 36 cm. Tính chiều dài ban đầu của lò xo và độ cứng của lò xo, lấy g = 10 m / s²

Câu trả lời

Vì treo thêm vật nặng nên chiều dài lò xo lớn hơn nên đầu vào lò xo cố định và có chiều dài ban đầu là.₀ <34 cm

+ Khi treo một vật khối lượng m_{Đầu tiên} = 0,2 kg:

k | l_{Đầu tiên} – l₀| = m_{Đầu tiên}gk | 0,34 – l₀| = 2 (1)

Khi treo một vật khối lượng m₂ = 0,1 kg:

k | l₂ – l₀| = (m_{Đầu tiên} + m₂ ) gk | 0,36 – l₀| = 3 (2)

Giải thưởng (1) và (2) l₀ = 0,3 m hoặc l₀ = 0,348 m

Điều kiện áp dụng₀ <0,34 m⇒ l₀ = 0,3 m và k = 50 N / m

Dạng 2: Treo vật vào lò xo

Khi lò xo treo thẳng đứng, một đầu cố định, đầu kia treo vật m, ở trạng thái cân bằng vật m ta có:

F_dh = P k | Δl | = mg

Ví dụ 1: Một quả nặng có khối lượng m = 100g treo vào đầu dưới của một lò xo nhẹ, đầu kia của lò xo gắn vào cột điện. Cho g = 10m / s². Khi vật ở trạng thái cân bằng thì lực của lò xo tác dụng lên vật là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải pháp

Vật thể chịu tác dụng của trọng lực^→P và lực đàn hồi ^→F_dh

Khi cơ thể ở trạng thái cân bằng, chúng ta có:

F_dh = P = mg = 0,1.10 = 1N

Dạng 3: Cắt và ghép nối lò xo

1. Cắt lò xo

Lò xo có độ cứng k₀chiều dài l₀ được cắt thành hai lò xo có độ cứng và chiều dài: k_{Đầu tiên}; l_{Đầu tiên} và k₂; l₂. Sau đó, chúng tôi có: k₀l₀ = k_{Đầu tiên}l_{Đầu tiên} = k₂l₂

– Hai lò xo song song:

+ Độ cứng: k = k_{Đầu tiên} + k₂

+ Tương tự với nhiều lò xo ghép song song: k = k_{Đầu tiên} + k₂ +… + K_N

Ví dụ: Một lò xo có chiều dài l = 50cm, độ cứng k = 50N / m. Cắt lò xo thành hai phần có chiều dài
l_{Đầu tiên} = 20 cm, l₂ = 10 cm. Tìm độ cứng của mỗi đoạn.

Câu trả lời

Ta có: kl = k_{Đầu tiên}l_{Đầu tiên} = k₂l₂ 50.0,5 = k_{Đầu tiên}.0,2 = k₂.0.1

Hi vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được công thức tính lực đàn hồi, định luật Húc để vận dụng làm bài tập một cách nhanh nhất!