Lực đàn hồi của lò xo

Lực đàn hồi của lò xo là gì? Công thức tính lực đàn hồi này như thê nào? Nó có ứng dụng gì trong cuộc sống? Cùng Vattuaz chúng mình giải đáp thông qua bài viết dưới đây nhé!

1. Lực đàn hồi của lò xo xuất hiện khi nào?

Lực đàn hồi lò xo sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng, có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó, đưa vật khôi phục trạng thái ban đầu khi chưa biến dạng. Ví dụ, khi ta ấn lò xo xuống hay kéo căng một sợi dây chun, lực đàn hồi sẽ xuất hiện

Một số vật đàn hồi khác: dây chun, dây cao su,…

Lực đàn hồi của lò xo có:

• Điểm đặt: vào vật bị biến dạng.
• Phương: dọc theo trục của lò xo.
• Chiều: ngược với chiều của ngoại lực gây ra biến dạng.
• Độ lớn: bằng độ lớn của lực tác dụng tại thời điểm xuất hiện (tuân theo định luật Húc).

Khi lò xo bị kéo dãn (nén lại): Lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu lò xo, có điểm đặt tại tay của người (hoặc vật tiếp xúc với lò xo), có phương trùng với trục của lò xo và có chiều hướng vào trong (ra ngoài).

2. Giới hạn đàn hồi

Mỗi lò xo hay mỗi vật đàn hồi có một giới hạn đàn hồi nhất định. Giới hạn đàn hồi là giới hạn mà trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi.

Nếu vượt quá giới hạn đàn hồi thì lò xo sẽ không trở về được chiều dài tự nhiên ban đầu nữa.

3. Lực đàn hồi của lò xo có đặc điểm gì?

Qua nhiều thí nghiệm, có thể tổng kết lại những đặc điểm  như sau:

• Lò xo là một vật đàn hồi. Sau khi chúng ta tác động như nén hoặc kéo dãn nó một cách vừa phải, khi buông ra thì chiều dài nó sẽ lại trở thành như ban đầu hay còn được gọi là chiều dài tự nhiên.
• Sự biến dạng của lò xo gây ra lực đàn hồi tác dụng lên các vật tiếp xúc hoặc vật gắn vào hai đầu của nó.
• Độ biến dạng của lò xo càng lớn thì lực đàn hồi càng lớn và ngược lại độ biến dạng của lò xo càng nhỏ thì lực đàn hồi càng nhỏ.

4. Lực đàn hồi phụ thuộc vào yếu tố nào?

Lực đàn hồi sẽ phụ thuộc vào biến dạng của vật đàn hồi. Còn độ biến dạng của vật đàn hồi sẽ phụ thuộc phần lớn vào chất liệu cấu thành lên nó. Người ta hay sử dụng đồng và thép để làm lò xo do tính đàn hồi của hai chất này khá tốt.

5. Công thức tính Lực đàn hồi của lò xo – Định luật Húc

Định luật Hooke được đặt theo tên của nhà vật lý người Anh thế kỷ XVII, Robert Hooke. Ông là người tìm ra và tuyên bố định luật lần đầu tiên vào năm 1676.

Nội dung định luật: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi do lò xo sinh ra tỷ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo đó.

Công thức:

F_đh = k.|Δl| = k |l – l₀|

Trong đó:

k: hệ số đàn hồi hoặc độ cứng của lò xo (N/m) phụ thuộc vào bản chất và kích thước của lò xo.

Δl = l – l_o: độ biến dạng của lò xo (m)

• l₀: chiều dài ban đầu của lò xo (m)
• l: chiều dài của lò xo sau khi biến dạng nén hoặc giãn (m)
• Δl > 0 : lò xo biến dạng giãn
• Δl < 0 : lò xo biến dạng nén

Khi lực đàn hồi gây ra do trọng lực: P = F_đh ⇔ m.g = k.|Δl|

Do đó,

6. Lực đàn hồi cực đại, cực tiểu

Với con lắc lò xo nằm ngang:

• Độ lớn lực đàn hồi: |F| = k|x|
• Lực đàn hồi cực đại: F_max = kA (A: biên độ cực đại)
• Độ lớn lực đàn hồi cực tiểu |F_min| = 0

Với con lắc lò xo treo thẳng đứng:

• Độ lớn lực đàn hồi: |F| = k|x + ∆ℓ|
• Lực đàn hồi cực đại: F_max = kIA + ∆ℓ|
• Độ lớn lực đàn hồi cực tiểu: |F_min| = 0 khi ∆ℓ ≤ A và |F_min| = k(∆ℓ – A) khi ∆ℓ > A

7. Một số lực đàn hồi đặc biệt

• Đối với dây cao su hoặc dây thép, khi bị ngoại lực kéo dãn thì lực đàn hồi mới xuất hiện. Chính vì vậy, lực đàn hồi trong trường hợp này gọi là lực căng.
• Đối với trường hợp các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi sẽ có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

8. Ứng dụng và ví dụ về lực đàn hồi của lò xo

Lực đàn hồi được ứng dụng phổ biến trong đời sống thuộc mọi lĩnh vực, trong các đồ dùng, thiết bị mà ta tiếp xúc hằng ngày. Nổi bật và quen thuộc nhất có lẽ phải kể đến ứng dụng trong hệ thống giảm xóc ở xe, giảm bớt cảm giác khó chịu cho người ngồi trên xe. Ngoài ra, có thể kể đến một số ứng dụng đa dạng khác như:

• Dàn dây đàn hồi – dụng cụ thiết yếu của các vận động viên nhào lộn
• Cầu bật – dụng cụ cần thiết cho các vận động viên nhảy đà
• Lò xo được sử dụng trong các loại súng hơi
• Ná cao su – dụng cụ trò chơi của trẻ em
• Tạo nhịp đàn hồi ở các lốp xe, ghế ngồi ô tô, tàu hỏa, đệm mút của giường nằm…

Như vậy, qua bài viết trên, chúng mình đã cung cấp những kiến thức liên quan đến khái niệm lực đàn hồi của lò xo là gì, đặc điểm, công thức tính cũng như những ứng dụng trong thực tiễn của lực đàn hồi. Hy vọng bài viết đã giải đáp được những thắc mắc cơ bản của các bạn nhé!