[Vật lý 6] Kiến thức về lực đàn hồi của lò xo đầy đủ chi tiết nhất

Biến dạng đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

Muốn hiểu được lực đàn hồi là gì, trước tiên chúng ta cần làm thí nghiệm với một lò xo để hiểu được sự biến dạng đàn hồi của lò xo. 

Biến dạng đàn hồi của một lò xo 

Biến dạng đàn hồi được hiểu như sau: Một vật đang ở hình dạng ban đầu, khi chịu tác dụng của lực thì vật đó bị biến dạng. Nếu không tác dụng lực nữa thì vật đó có thể trở lại trạng thái như ban đầu, ta nói biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi. 

Có thể thấy rằng, lò xo là một vật có tính biến dạng đàn hồi. Bởi khi dùng tay kéo hay nén lò xo lại (với lực không quá lớn) thì lò xo bị thu ngắn hoặc dãn ra, còn khi buông ta ra thì lò xo trở lại chiều dài ban đầu. 

Độ biến dạng của lò xo 

Ta cùng nhau làm thí nghiệm để xác định độ biến dạng của lò xo

Dụng cụ chuẩn bị: Một chiếc lò xo xoắn, giá thí nghiệm, thước đo chiều dài, các quả nặng loại 50g 

Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau: 

Bước 1: Đầu tiên cần treo lò xo vào giá làm thí nghiệm theo phương thẳng đứng. 

Bước 2: Đo chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo (độ dài này gọi là chiều dài tự nhiên kí hiệu: lo). 

Bước 3: Treo 1 quả nặng 50g vào đầu bên dưới của lò xo, khi đó lò xo bị lực của quả nặng tác dụng kéo dãn lò xo. Đo độ dài của lò xo khi ấy (l1: Chiều dài của lò xo khi treo một quả nặng)

Tính độ dãn của lò xo sau khi treo 1 quả nặng (tức độ dài của lò xo tăng lên sau khi treo một quả nặng): l1 - l0

Bước 4: Treo 2 quả nặng loại 50g vào đầu dưới của lò xo. Đo độ dài của lò xo khi đó (l2)

Tính độ dãn của lò xo sau khi treo 2 quả nặng (tức độ dài của lò xo tăng lên sau khi treo 2 quả nặng): l2 - l0

Bược 5: Treo 3 quả nặng loại 50g vào đầu dưới của lò xo. Đo độ dài của lò xo khi đó (l3)

Tính độ dãn của lò xo sau khi treo 3 quả nặng (tức độ dài của lò xo tăng lên sau khi treo 3 quả nặng): l3 - l0

Ghi lại kết quả thí nghiệm qua bảng sau 

Dựa trên thí nghiệm trên ta đưa ra được những kết luận về độ biến dạng của lò xo như sau

• Lò xo là vật có tính chất đàn hồi 

• Khi treo quả nặng vào lò xo thì lò xo dãn ra, chiều dài tăng lên. Khi bỏ quả nặng ra khỏi lò xo thì chiều dài lò xo trở lại trạng thái ban đầu, đúng bằng chiều dài ban đầu của nó. 

• Độ dãn của lò xo lúc này là hiệu giữa chiều dài khi biến dạng và chiều dài tự nhiên của lò xo: l = l - l0( l : Chiều dài lò xo khi bị dãn, l0: Chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo) 

• Nếu vật treo có khối lượng càng lớn thì lò xo dãn ra càng nhiều. Độ dãn của lò xo treo phương thẳng đứng tỉ lệ với khối lượng vật treo. 

Công thức tính độ biến dạng của lò xo cần nhớ 

l : Chiều dài lo xo khi bị dãn 

lo : Chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo

Lực đàn hồi là gì 

Lực đàn hồi là lực mà lò xo khi biến dạng tác dụng vào quả nặng như trong thí nghiệm trên.

Kí hiệu lực đàn hồi: Fđh 

Xem thêm: Lực kế, phép đo lực, trọng lượng, khối lượng - Kiến thức vật lý 6

Đặc điểm của lực đàn hồi 

Dưới đây là những đặc điểm của lực đàn hồi: 

• Lực đàn hồi xuất hiện khi lò xo bị biến dạng (nén hoặc dãn). Lực đàn hồi tác dụng vào vật tiếp xúc với lò xo làm cho nó biến dạng. 

• Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của vật đàn hồi. Độ biến dạng càng lớn (trong giới hạn cho phép) thì lực đàn hồi càng lớn. Độ biến dạng càng nhỏ thì lực đàn hồi càng nhỏ. (Khi chúng ta muốn lò xo dãn ra dài hơn, chúng ta cần tác động vào lò xo 1 lực mạnh hơn => lực đàn hồi sẽ lớn hơn để có thể kéo lò xo lại vị trí ban đầu). 

• Độ biến dạng của vật đàn hồi chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu đàn hồi. (Tính đàn hồi của lò xo phụ thuộc vào vật liệu làm lò xo, ví dụ lò xo bằng thép có tính đàn hồi tốt, còn lò xo làm bằng sắt có tính đàn hồi kém)

• Độ lớn của lực đàn đồi bằng độ lớn của trọng lực: Fđh = P 

• Lực đàn hồi có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên. 

• Lực đàn hồi cùng phương và ngược chiều với trọng lực (chiều từ trên xuống) 

Ứng dụng của lực đàn hồi trong cuộc sống 

Lực đàn hồi được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống như: 

• Làm lực kế, cân trọng lượng 

• Bút bi: Lực đàn hồi giúp đẩy ruột bút và đầu bút bi về vị trí ban đầu (bên trong ngòi bút)

• Cung tên: Khi cung biến dạng uốn cong làm xuất hiện lực đàn hồi kéo căng dây cung. Hợp lực các lực căng dây tác dụng vào mũi tên sẽ làm cho tên bay đi khi ta buông tay.

• Cầu bật cho các vận động viên nhảy đà: Khi nhảy trên cầu, làm cầu uốn cong về phía dưới tạo lực đàn hồi mạnh hướng lên. Lực này tác dụng vào chân vận động viên giúp tung vận động viên lên cao.

• Lò xo giảm xóc ở xe máy, ô tô:  Lực đàn hồi có vai trò chống lại sự chuyển động của khung xe (và người ngồi) theo phương thẳng đứng so với mặt đường, tức giảm xóc.

• Đệm nằm ngủ hoặc gối

• Quả bóng hơi (dùng khi tập luyện thể thao) 

Ngoài những ví dụ phổ biến kể trên, có thể thấy lực đàn hồi xuất hiện ở mọi lĩnh vực như y học, khoa học, thể thao, đời sống… 

Một số câu hỏi & bài tập về lực đàn hồi

Câu 4 SGK: Chọn câu đúng trong các câu dưới đây 

1. Lực đàn hồi không phụ thuộc vào độ biến dạng 

2. Độ biến dạng tăng thì lực đàn hồi giảm 

3. Độ biến dạng tăng thì lực đàn hồi tăng 

Đáp án: C 

Câu 5 SGK: Dựa vào bảng 9.1 SGK, hãy tìm từ thích hợp để điền vào chỗ trống trong các câu sau: 

a, Khi độ biến dạng tăng gấp đôi thì lực đàn hồi… (1) 

b, Khi độ biến dạng tăng gấp 3 thì lực đàn hồi…(2) 

Đáp án: a, tăng gấp đôi ; b, tăng gấp ba 

Câu 6 SGK: Một sợi dây cao su và một lò xo có tính chất nào giống nhau? 

Đáp án: Tính chất giống nhau là tính đàn hồi 

Câu 7: Một lò xo có chiều dài tự nhiên 12cm được treo thẳng đứng, đầu dưới của lò xo có gắn một quả nặng khối lượng 50g. Khi quả nặng nằm cân bằng thì lò xo có chiều dài 15cm. Cho rằng độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với khối lượng vật treo. Khi treo quả nặng có khối lượng 100g vào lò xo thì chiều dài lò xo là bao nhiêu? 

Đáp án: 

Theo đề bài ta có: 

l0= 12 cm 

Treo quả nặng 50g thì l1= 15 cm. Hỏi treo quả nặng 100g thì l2= ?? 

Khi treo quả nặng 50g thì độ biến dạng lò xo là:  l1 - l0 = 15 - 12 = 3 (cm) 

Vì độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với khối lượng nên độ dãn của lò xo khi treo vật 100g là : 3 x 2 = 6 (cm) 

Vậy chiều dài của lò xo khi treo quả nặng 100g là: l2 = 12 =6 = 18 (cm) 

Câu 8: Phát biểu nào sau đây là đúng về lực đàn hồi của một lò xo? 

1. Chiều dài của lò xo khi bị kéo dãn càng nhỏ thì lực đàn hồi càng lớn.

2. Độ biến dạng của lò xo càng nhỏ thì lực đàn hồi càng nhỏ.

3. Chiều dài của lò xo khi bị kéo dãn càng lớn thì lực đàn hồi càng nhỏ.

4. Trong hai trường hợp lò xo có chiều dài khác nhau: trường hợp nào lò xo dài hơn thì lực đàn hồi mạnh hơn.

Đáp án: B 

Câu 9: Treo đầu trên của lò xo vào một điểm cố định. Khi đầu dưới của lò xo để tự do, lò xo có chiều dài 10 cm. Khi treo vào đầu dưới của lò xo một quả cân 100g thì lò xo có chiều dài 14 cm. Hỏi khi tác dụng vào đầu dưới lò xo một lực kéo 2N hướng dọc theo chiều dài lò xo thì lò xo bị kéo dãn có chiều dài bằng bao nhiêu?

Đáp án: 

Khi treo thêm vật 100g thì lò xo dãn thêm 4cm tương đương với tác dụng lực 1N thì lò xo dãn 4cm.

Vì độ lớn lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ biến dạng nên ta có

$\frac{{\mathrm{F}}_2}{{\mathrm{F}}_1}= \frac{∆l_2}{∆l_1} \iff \frac{2}{1}= \frac{∆l_2}{4}$

$\Rightarrow ∆{\mathrm{l}}_2 = 8 \mathrm{cm}$

Chiều dài của lò xo lúc này là: 

$\mathrm{l} = {\mathrm{l}}_0 + ∆{\mathrm{l}}_2 = 10 + 8 = 18 \mathrm{cm}$

Câu 10: Các vật nào sau đây có tính chất đàn hồi?

A. Một tờ giấy bị gấp đôi

B. Một thanh sắt

C. Một cục đất sét

D. Lò xo

Đáp án: D 

Qua bài viết về lực đàn hồi, Monkey rất mong các bạn hiểu rõ kiến thức cơ bản về lực đàn hồi. Để từ đó nhận biết được vật có tính đàn hồi, cách tính độ đàn hồi ra sao. Trên hết, chúng ta biết được lực đàn hồi được ứng dụng như thế nào trong đời sống.