Giải Vật Lý 10 Bài 12. Lực đàn hồi của lò xo - Định luật Húc
Bài 12. Lực ĐÀN Hổl CỦA LÒ xo. ĐỊNH LUẬT HÚC A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG Hưứng và điểm đặt của lực đàn hồi Lực đàn hồi xuất hiện ỏ' hai đầu của lò xo và tác dụng vào các vật tiêp xúc (hay gắn) với nó làm nó biến dạng. Lực đàn hồi còn xuất hiện cá 0’ trong lò xo. Khi bị dãn, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo hướng vào phía trong, còn khi bị nén lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo hưứng ra phía ngoài. Dộ lớn của lực dàn hồi của lò xo. Định luật Húc Giời hạn dàn hồi của lò xo Dùng lực F đê kéo dãn lò xo. Khi lực F có giá trị nho, nếu thôi tác dụng thì lò xo trỏ’ về hình dạng và kích thước ban đầu. Khi lực F lớn hơn một giá trị nào đó thì nêu thòi tác dụng, lò xo không trở về hình dạng và kích thước ban đầu được. Giới hạn của lực F tính đàn hồi gọi là giới hạn đàn hồi của lò xo. Định luật Húc (Hình 13a) Định luật: Trong giới hạn đàn hồi, độ lứn cúa lực đàn hồi của lò xo ti lệ vời độ biến dạng cùa lò xo. Biểu thức: F = k ■ Al I Độ cứng của lò xo Hộ số tí lệ k gọi là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo. Đơn vị là N/m. Hệ số k phụ thuộc vào chất thép dùng làm lò xo, mà lò xo còn có AZ Hình 13a J Fa © 1 p Hỉnh 13b thép làm lò xo. Lực căng vù lực pháp tuyến Lực đàn hồi còn xuất hiện ở những vật đàn hồi khác khi bị biến dạng. Đôi với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chi xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn, trong trường hợp này lực đàn hồi được gọi là lực căng. Lực căng có điểm đặt và hướng giông như lực đàn hồi của lò xo khi bị dãn (Hình 13a: T là lực căng) Đõì với các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc. Trường hợp này lực đàn hồi gọi là áp lực hay lực pháp tuyến (Hình 13b: Fdh là lực pháp tuyến). B. TRẢ LỜI CÂU HỎI Cl. Dùng hai tay kéo dãn một lò xo <— (hình bên). Fk*0 Hai tay có chịu lực tác dụng của lò xo không? Hãy nêu rõ điểm đặt, phương và chiều của các lực này. Tại sao lò xo chi dãn đến một mức nào đó thì ngừng dãn. Khi thôi kéo, lực nào đã làm cho lò xo lấy lại chiều dài ban đầu? Trả lời Hai tay chịu tác dụng của lực đàn hồi lò xo tại vị trí tiếp xúc với lò xo. Điếm đặt vị trí tiếp xúc, cùng phương và ngược chiều với lực kéo (có nghĩa là hướng vào trong). Mỗi lò xo có một giới hạn đàn hồi, nếu kéo đạt đến giá trị đó thì lò xo không còn dãn thêm được nữa. Khi thôi kéo thì lực đàn hồi kéo lò xo về chiều dài ban đầu. C2. Lực của lò xo ở hình bên có độ lớn bằng bao nhiêu? Tại sao? Muốn tăng lực của lò xo lên 2 hoậc 3 lần thì làm cách nào? Trả lời Độ lớn lực của lò xo là: F = k. AI Khi muôn tăng lực của lò xo lên 2 hoặc 3 lần thì ta cần tăng AI lên 2 hoặc 3 lần, muốn vậy ta phải tăng khối lượng treo vào đầu lò xo 2 hoặc 3 lần. Ta có vị trí cân bằng thì: p = F, suy ra k. Aỉ = mg. C3. Các kết quả trong bảng 12.1 SGK có gợi ý cho ta một mối liên hệ nào không? Nếu có thì hãy phát biểu mối liên hệ đó. Trả lời Nhìn vào bảng 12.1 ta thấy khi AI tăng lên thì lực của lò xo cũng tăng lên tức là trọng lượng p tăng kéo theo m tăng lên. c. GIẢI BÀI TẬP 1. Phải treo một vật có trọng lượng bằng bao nhiêu vào một lò xo có độ cứng k = 100N/m để nó dãn ra được 10cm? A. 1000N. B. 100N. c. ION. D. IN. Giải Khi treo một vật vào và tại vị trí cân bằng thì: Fđh = p => kAl = mg Suy ra: p = kAl = 100.0,1 = 10 (N). Vậy chọn đáp án c. Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 15cm. Lò xo được giữ cố định tại một đẩu, còn đầu kia chịu một lực kéo bằng 4,5N. Khi ấy lò xo dài 18cm. Hỏi độ cứng của lò xo bằng bao nhiêu? A. 30N/m. B. 20N/m. c. l,5N/m. D. 150N/m. Giải Độ biến dạng của lò xo là: AI = 11 - lo = 18 - 15 = 3 (cm) = 0,03 (m) F Theo định luật Hue thì F = kAl => k = —- AI , ,, , 4,5 Vậy độ cứng cúa lò xo là: k - ' ~ =150 (N/m). 0,03 Vậy chọn đáp án D. Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 30cm, khi bị nén lò xo dài 24cm và lực đàn hồi của nó bằng 5N. Hỏi khi lực đàn hồi của lò xe bằng 10N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu? A. 18cm. B. 40cm. c. 48cm. D. 22cm. Giải Độ biến dạng lúc đầu cúa lò xo là: [Al,I = |1| - l0| = |24 - 30| =6 (em) = 0,06 (m) Độ cứng cúa lò xo là: , F' k = 77T7 = KI 5 250 : — = — = (N/m) 0.06 3 - Độ biến dạng lúc sau của lò xo là: AI 2 = — = 7-"- - 0,12 (m) = 12 (em) Vậy chiều dài của lò xo là: AI 2 = lo - b => I2 = lo - AI 2 = 30 - 12 = 18 (em) Vậy chọn đáp án A. Treo một vật có trọng lượng 2N vào một lò xo, lò xo dãn ra lOmm. Treo một vật khác có trọng lượng chưa biết vào lò xo, lò xo dãn ra 80mm. Tình độ cứng của lò xo. Tính trọng lượng cùa vật chưa biết. 50 4 Giải Theo định luật Hue thì F1 - k AI, Vậy độ cứng của lò xo là: F, 2 k = -Lị- = —— = 200 (N/m) AI, 0.01 Khi vật cân bằng Pọ = F2 thì rri2g = kAl, Vậy trọng lượng vật cần tìm là: p2 = kAl, = 200.0,08 = 16 (N).