Giải bài tập Vật lý 10 Bài 35: Biến dạng cơ của vật rắn
§35. BIẾN DẠNG cơ CỦA VẬT RAN A. KIẾN THỨC Cơ BẢN I. Biến dạng đàn hổi Tinh đán hối và tinh déo Sụ' thay đổi kích thước và hình dạng của vật rán do tác dụng cùa ngoại lực gọi là biến dang cơ Khi tác dụng lục vào một vật rắn làm cho vật rắn biến dang, nếu thói tác dụng lục, vật có thể lấy lại hình dạng vá kích thước ban dấu thi vặt rân có tính đàn hối, biến dang của vật rán là biến dạng đản hói Giới hạn đàn hõi Khi vật rắn chịu tác dụng của lực quá lớn thì nó bị biến dạng mạnh, không thể lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu. Trường hợp này vật rắn bị mất tính đàn hồi và biến dạng của nó gọi là biến dạng không đàn hổi hay biến dạng dẻo. Giới hạn trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi gọi là giới hạn đàn hồi. II. Định luật Húc ứng suất Độ biến dạng tỉ đối của thanh rắn phụ thuộc vào thương số: ơ = “ . O Đại lượng ơ gọi là ứng suất. Đơn vị của ơ là paxcan (Pa): 1 Pa = 1 N/m2. Định luật Húc Phất biểu: Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó: £ = = aơ. '0 Trong đó a là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào chất liệu của vật rắn. Lực đàn hồi Khi lực kéo F làm vật rắn biến dạng thì trong vật rắn xuất hiện lực đàn hổi Fdh chống lại biến dạng của vật: Fdh = E Trong đó E = — gọi là suất đàn hổi hay suất Y-âng đặc trưng cho tính a Đại lượng k = E S 'o đàn hổi của vật rắn có đơn vị là paxcan (Pa). gọi là độ cứng hay hệ số đàn hồi của vật rắn, có đơn vị là N/m. Giói hạn bền - Hệ số an toàn Giới hạn bền Khi thanh rắn chịu tác dụng của lực kéo F đủ lớn, nó sẽ mất tính đàn hổi và bị biến dạng dẻo. Khi tăng lực F đến giá trị Fb thì thanh rắn sẽ bị đứt. Thương số Fb và tiết diện ngang của dây gọi là giới hạn bền của vật liệu làm thanh: ơb = ^7. Đơn vị của giới hạn bển là N/m2 hay Pa. Hệ sô' an toàn Khi thiết kế và sử dụng cách thanh rắn chịu lực, bao giờ người ta cũng tính toán để tiết diện s của thanh rắn chỉ phải chịu một lực F sao cho đại lượng ơ = — . (gọi là ứng suất) có giá trị nhỏ hơn n lần giới hạn bền của O nó, tức là ơ = . Hệ số n càng lớn thì thanh rắn chịu lực càng an toàn, n Người ta thường chọn n có giá trị từ 1,7 đến 10. HOẠT ĐỘNG a) b) Hình 35.1 C1. Lấy một thanh thép AB đổng chất, hình trụ có độ dài ban đầu lũ và tiết diện ngang s. Kẹp chặt đầu A và tác dụng vào đầu B một lực kéo F dọc trục của thanh (Hình 35.1 a). Tăng dần độ lớn của lực kéo F , ta thấy thanh thép AB bị dãn ra và có độ dài / lớn hơn l0, đổng thời tiết diện ở phần giữa của thanh hơi bị co nhỏ lại (Hình 35.1b). Nếu giữ chặt đầu A của thanh thép AB và tác dụng vào đầu B một lực nén đủ lớn để gây ra biến dạng, thì độ dài / và tiết diện ngang s của thanh này thay đổi như thế nào? C2. Dùng kìm kéo dãn một lò xo nhỏ (lấy trong ruột bút bi), rồi buông ra: Lẩn đầu kéo nhẹ để lò xo dãn ít; Lần sau kéo mạnh để lò xo dãn dài gấp khoảng 2 -r 3 lần độ dài ban đầu. Quan sát xem trường hợp nào lò xo biến dạng đàn hổi? C3. Một thanh thép chịu tác dụng một lực F và bị biến dạng. Nếu tiết diện ngang s của thanh càng lớn thì mức độ biến dạng của thanh càng lớn hay càng nhỏ? C4. Theo định luật III Niu-tơn,lực Fbh trong vật rắn phải có phương, chiều và độ lớn như thế nào so với lực F gây ra biến dạng của vật? CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Biến dạng đàn hồi của vật rắn là gì? Viết công thức xác định ứng suất và nói rõ đơn vị đo của nó. Phát biểu và viết công thức cúa định luật Húc về biến dạng cơ cùa vật rắn. Từ định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn, hày suy ra công thức của lực đàn hồi trong vật rắn. Mức độ biến dạng của thanh rắn (bị kéo hoặc nén) phụ thuộc yếu tô nào dưới đây? Độ lớn của lực tác dụng. Độ dài ban đầu của thanh, c. Tiết diện ngang của thanh. Độ lớn của lực tác dụng và tiết diện ngang của thanh. Trong giới hạn đàn hỗi, độ biến dạng tỉ đối của thanh rắn tỉ lệ thuận với đại lượng nào dưới đây? Tiết diện ngang của thanh. ứng suâ't tác dụng vào thanh, c. Độ dài ban dẫu cùa thanh. D. Cả ứng suât và độ dài ban đầu của thanh. Độ cứng (hay hệ sô’ đàn hồi) của vật rắn (hình trụ đồng chất) phụ thuộc những yếu tố nào dưới đây? A. Chất liệu của vật rắn. B. Tiết diện của vật rắn. c. Độ dài ban đầu của vật rắn. D. Cả ba yếu tô trến. Một sợi dây thép đường kính l,5mm có độ dài ban đầu là 5,2m. Tính hệ số đàn hồi của sợi ■ dây thép, biết suất đàn hồi của thép là E = 2.1011Pa. Một thanh ran đóng chât tièt chẹn' dều có hộ sô dàn hói là lOON.'m. dan tren gan co (ỈỊi.ii và đầu dưới treo một. vậl. nạng dè thanh bị biên dạng dàn hói. Biet gia toc rõi lu' do g :: 10m/s?. Muôn thanh rán dài them lcm. vật nạng phai có khôi híựng lá bao nhiêu'.’ D. LỜI GIẢI Một thanh thép.tròn dường kinh 2Ọmm có suàt dàn hôi là K 2.10 'Ba. Giũ' chill mọt dầu thanh và nén đầu còn lại bang một lực E 1,57.10'N de t hanh này bỉén dạng dan hổi. Tinh độ biên dạng tỉ dôi cùa thanh. Hoạt động Cl. Giữ chặt đầu A. nén đầu B thì chiều (lùi thanh sẽ giám đi. dồng thời tiết diện ngang s tăng lèn. C2. Trang 189 Khi kéo nhẹ thi lò xo biên dạng'đàn hồi. C3. Cùng chịu lực kéo F. cùng chiêu đài ban đầu 1.,. dây t... sẽ dàn 11 Tiết diện s càng lớn thi mức độ biến dạng càng nho. C4. Theo định luật Ill. lùn, phai cùng phương, ngược chiều, cùng dộ lờn với ngoại lực gày biến dạng p’ . Câu hỏi và bài tập 7 Nêu ngoại lực gáy biên clang mat di mà vạt lây lai clu'Ợc kicli thươc và hình dạng ban đấu thì biến (lạng cua vật khi có ngoại lực ày gọi lá biến dạng dàn. hòi. Công thức ứng suất: ơ = - (Pả = N/m2) Trang 19T SGK. Trang 191 SGK. Áp dụng công thức: k -- E s ;S = ll| Ta có k = nRd 3.1 1.2.10' .11.5.10 Ạ 41 I 68.1 0' I N/m ) 8. Khi treo vật nặng có p - mg vào dầu dưới tin thanh bị biện dạng dàn hói. Khi dạt cân bang, ta có: lẹ = p = ing Theo công thức dàn hói. ta lai có: F.II, - k'.v LlllUU L1UJJU Suy ra k A/ = ing kjA/i 100.0,01 10 = 0.1 (kg) □ Hình 35.ì G/á/ bài lập vật li 10 - 119 9. Khi nén đầu trên bằng lực F thì thanh bị biến dạng nén. Áp dụng định luật Húc: III „ Elặ => 125 = £ 1 .ị 1 Iq Iq EE's Hình 35.2 = 0,25(%) Với s = ——, ta có: 4 ỊD/Ị = JF_ l0 End2 4.1,57.10s 2.10n.3,14.(20.10'3)2