Định luật Húc (HOOKE), Công thức tính định luật Hooke và vận dụng - Vật lí 10 bài 23 CTST

Trong bài này, chúng ta sẽ tìm hiểu định luật Hooke (Húc) là gì? Công thức tính định luật Hooke như nào? vận dụng công thức định luật Húc vào bài tập ví dụ ra sao?...

1. Mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

Thí nghiệm khảo sát lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

→ Kết luận: Trong giới hạn đàn hồi, lò xo có độ dãn tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi lò xo và được gọi là độ cứng (hệ số đàn hồi) của lò xo.

2. Định luật HOOKE (Húc)

a) Định luật Hooke, công thức định luật Hooke

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo theo biểu thức:

Trong hệ SI, đơn vị của độ cứng k là: N/m

Với 

Trong đó:

l là chiều dài của lò xo tại vị trí cân bằng,

l₀ là chiều dài tự nhiên của lò xo khi chưa biến dạng

b) Vận dụng định luật Hooke

* Ví dụ: Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 20cm được treo thẳng đứng vào một điểm cố định. Khi treo vào đầu còn lại một vật nặng có khối lượng 500g, lò xo có chiều dài 22cm khi vật ở vị trí cân bằng. Lấy g = 9,8m/s²

i) Tính độ cứng của lò xo

ii) Để giữa vật nặng cố định tại vị trí lò xo có chiều dài 19cm, cần tác dụng một lực nâng vào vật theo phương thẳng đứng có độ lớn bằng bao nhiêu?

* Lời giải:

i) Độ dãn của lò xo khi vật nặng ở vị trí cân bằng

Δl = l - l₀ = 22 - 20 = 2(cm)

Khi này, lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng lực của vật như phân tích lực sau:

Ta có: F_đh = m.g = 0,5.9,8 = 4,9(N)

Từ công thức, biểu thức của định luật Hooke, ta xác định được độ cứng của lò xo:

ii) Khi nén vật, có 3 lực tác dụng vào vật theo phương thẳng đứng: trọng lực có chiều hướng xuống; lực đàn hồi của lò xo lúc này có chiều hướng xuống vì lò xo bị nén so với chiều dài tự nhiên và lực nâng của tay hướng lên.

Khi đó, lực đàn hồi có độ lớn:

 F_đh = k.|Δl| = 245.|0,19 - 0,2| = 2,45(N)

Do vật đứng yên nên lực tổng hợp tác dụng vào vật triệt tiêu, dựa vào phân tích lực ở trên, ta suy ra được lực nâng của tay có độ lớn là:

 F = m.g + F_đh = 4,9 + 2,45 = 7,35(N).

c) Những yếu tố ảnh hưởng tới độ cứng của lò xo

Giá trị độ cứng k của từng lò xo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Loại vật liệu, chiều dài lò xo, kích thước vòng xoắn, số vòng xoắn, kích thước dây xoắn,...