Lực đàn hồi là gì? Đặc điểm, đơn vị, công thức lực đàn hồi của lò xo

Lực đàn hồi là nội dung chúng ta sẽ được học trong bộ môn vật lý. Mặc dù đây là loại lực được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống, nhưng không phải ai cũng biết và hiểu rõ lực đàn hồi là gì, cũng như đặc điểm, đơn vị và công thức tính như thế nào. Bài viết sau đây chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu chi tiết hơn về loại lực này. 

Lực đàn hồi của lò xo là gì?

Ta có định nghĩa về lực đàn hồi của lò xo đơn giản như sau: Lực đàn hồi là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng, có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng đàn hồi.

Nếu như lực tác dụng vào vật quá lớn sẽ làm mất khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu, lúc này ta nói lực vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu.

Đơn vị của lực đàn hồi là Newton trên mét (N/m).

Thí nghiệm lực đàn hồi của lò xo

Dụng cụ cần chuẩn bị: 

• Một chiếc lò xo xoắn
• Giá thí nghiệm
• Thước đo chiều dài,
• Các quả nặng loại 50g.

Các bước thực hiện

• Bước 1: Thực hiện treo lò xo vào giá làm thí nghiệm theo phương thẳng đứng.
• Bước 2: Đo chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo, kí hiệu:lo)
• Bước 3: Treo 1 quả nặng 50g vào đầu bên dưới của lò xo, lúc này lò xo sẽ chịu một lực từ quả nặng gây ra tình trạng kéo dãn. Bạn hãy đo độ dài của lò xo khi ấy (l${}_1$:chiều dài lò xo khi treo một quá nặng)

Sau khi treo một quả nặng, độ dãn của lò xo được tăng lên l${}_1$ – l${}_0$

• Bước 4: Tiếp tục treo thêm 2 quá nặng loại 50g vào đầu dưới của lò xo và đo độ dài của lò xo khi đó (l${}_2$)

Sau khi treo 2 quả nặng độ dãn của lò xo thu được là bao nhiêu. l${}_2$ – l${}_0$

• Bước 5: Tiếp tục treo 3 quả nặng loại 50g vào đầu dưới của lò xo và đo độ dãn thu được (l${}_3$)

Sau khi treo 3 quả nặng thì độ dãn lò xo là bao nhiêu: l${}_3$ – l${}_0$

Ta có kết quả như dưới bảng sau:

Qua thí nghiệm trên ta có được kết luận về độ biến dạng của lò xo như sau:

• Lò xo là vật mang tính chất đàn hồi.
• Lò xo sẽ bị kéo dãn ra sau khi được treo quả nặng. Khi ta bỏ quả nặng ra thì chiều dài của lò xo sẽ trở lại trạng thái ban đầu đúng với chiều dài như lúc đầu của nó.
• Độ giãn của lò xo khi treo quả nặng là hiệu giữa chiều dài khi biến dạng và chiều dài tự nhiên của lò xo: l = l – l${}_0$
• Khi treo một vật có khối lượng càng lớn thì lò xo sẽ càng dãn ra nhiều. Độ dãn của lò xo theo phương thẳng đứng được tỉ lệ với khối lượng vật treo.

Ta có công thức để tính độ biến dạng của lò xo như sau: Δl= l – l${}_0$

• l: là chiều dài của lò xo khi bị giãn
• l${}_0$: là chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo.

Xem thêm: Lực ma sát gì? Đặc điểm, ví dụ, công thức tính lực ma sát

Đặc điểm lực đàn hồi của lò xo

Lực đàn hồi của lò xo sở hữu những đặc điểm cơ bản như sau: 

• Lò xo là một vật đàn hồi, nếu ta tác động đến chúng một lực như nén hay kéo dãn ra với một độ vừa phải thì sau khi ta buông ra chiều dài của chúng sẽ vẫn trở lại như ban đầu.
• Sự biến dạng của lò xo tác dụng lực đàn hồi lên những vật tiếp xúc hay vật gắn vào 2 đầu của nó.

• Độ biến dạng của lò xo nếu như càng lớn thì lực đàn hồi cũng sẽ càng lớn.
• Độ biến dạng của lò xo còn phụ thuộc chủ yếu vào chất liệu, chúng là yếu tố quyết định đến độ lớn của lực đàn hồi.

Công thức lực đàn hồi của lò xo

Độ lớn lực đàn hồi của lò xo được áp dụng bởi định luật Hooke. Định luật Hooke hay còn gọi là định luật Húc được đặt theo tên của nhà vật lý người Anh – Robert Hooke ở thế kỷ XVII. Theo đó, ông đã tuyên bố định luật này đầu tiên vào năm 1676. Đối với cơ học và vật lý, định luật Hooke là định luật gần đúng cho rằng đa số lò xo được tuân theo liên hệ tuyến tính bởi lực đàn hồi và biến dạng.

Ta có phát biểu về định luật Húc như sau: “Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo được tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo”.

Theo đó, ta có công thức sau:

Fdh = k|Δl|.

Trong đó:

• Fdh: Là lực đàn hồi (N).
• k: Là hệ số đàn hồi hay còn gọi là độ cứng của lò xo (đơn vị N/m)
• Δl = |l – l${}_0$| : Là độ biến dạng của lò xo (m)
• l0: Là chiều dài chuẩn ban đầu lò xo (m)
• l: là chiều dài lò xo sau khi bị biến dạng (m)
• Δl > 0: Lò xo bị biến dạng giãn
• Δl < 0: Lò xo bị biến dạng nén.

Xem thêm: Vận tốc là gì? Công thức tính, cách đổi đơn vị vận tốc

Các yếu tố tác động đến lực đàn hồi

Lực đàn hồi được phụ thuộc vào độ biến dạng của vật đàn hồi. Còn độ biến dạng của vật đàn hồi lại bị phụ thuộc chủ yếu vào chất liệu tạo nên nó. Ta xét vật đàn hồi là lò xo thì các yếu tố tác động sẽ bao gồm:

• Lò xo chỉ dãn nếu như các vòng của chúng được quấn với nhau một cách đều đặn. Nếu vô tình kéo dãn lò xo ra khỏi giới hạn đàn hồi hay kéo các vòng bị biến dạng không đều nhau thì thí nghiệm về lực đàn hồi sẽ bị thất bại

• Tính đàn hồi của lò xo được phụ thuộc vào vật liệu làm lò xo. Thép và đồng là 2 vật liệu có tính đàn hồi khá tốt, đó là lý do vì sao mà đây là 2 vật liệu được dùng phổ biến để làm lò xo.

Một số trường hợp thường gặp của lực đàn hồi

Lực đàn hồi của lò xo

Đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo như sau:

• Có phương được trùng với phương của trục lò xo
• Có nhiều ngược với chiều biến dạng của lò xo
• Độ lớn là: Fđh = k |Δl|. Trong đó: Δl: Là độ biến dạng của lò xo; k: Là hệ số đàn hồi (N/m)
• Lực đàn hồi luôn luôn ngược với hướng của chiều biến dạng. 

Lực căng của dây

Lực căng của dây sở hữu những đặc điểm cơ bản như sau:

• Điểm đặt là điểm có đầu dây tiếp xúc với vật
• Có phương trùng với sợi dây
• Có chiều hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây
• Lực căng tác dụng lên một vật chỉ có thể là lực kéo mà không phải là lực đẩy.

Xem thêm: Sự rơi tự do là gì? Đặc điểm, công thức sự rơi tự do

Các ứng dụng cơ bản của lực đàn hồi 

Có thể dễ dàng thấy được rằng lực đàn hồi được ứng dụng rất nhiều ở trong đời sống, ta có thể điểm qua một số công cụ, vật dụng như sau:

• Cánh cung

• Dàn dây đàn hồi dành cho các vận động viên nhào lộn.
• Cầu bật đối với những vận động viên nhảy đà
• Lò xo ở trong những loại súng hơi.
• Ná cao su một loại trò chơi của trẻ em.
• Lò xo giảm xóc ở xe máy.
• Nhịp đàn hồi tại những bánh xe, ô tô, tàu hỏa, đệm mút giường nằm, ghế ngồi của xe ô tô.

Bên cạnh những lợi ích trên thì lực đàn hồi cũng có một số tác hại, cụ thể: Khi xe bị xóc thì lực đàn hồi sẽ khiến cho yên xe dao động liên tục. Do đó, cần phải có hệ thống làm triệt tiêu bớt lực này nhằm giảm bớt dao động đối với những người ngồi trên xe, tránh gây cảm giác khó chịu đối với những người ngồi ở trên xe.

Như vậy, với những chia sẻ mà chúng tôi mang đến trên đây đã giúp bạn đọc trả lời được cho câu hỏi lực đàn hồi là gì, cũng như những điều cơ bản cần biết về loại lực này. Hy vọng chúng sẽ hữu ích và giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về loại lực này.