Công thức tính lực đàn hồi của lò xo, định luật Húc Công thức Vật lí 10

Công thức Lực đàn hồi là tài liệu vô cùng hữu ích dành cho các bạn học sinh lớp 10 tham khảo. Công thức tính lực đàn hồi bao gồm khái niệm, công thức tính, ví dụ minh họa kèm theo các dạng bài tập có đáp án và tự luyện kèm theo.

Công thức tính lực đàn hồi giúp các bạn nắm vững được kiến thức để nhanh chóng biết cách giải các bài tập Vật lí. Đồng thời hiểu được kiến thức về đặc điểm, các yếu tố phụ thuộc của lực đàn hồi. Ngoài công thức tính lực đàn hồi các bạn xem thêm công thức tính gia tốc, công thức tính công suất.

1. Lực đàn hồi là gì?

Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi một vật bị biến dạng đàn hồi, có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng đàn hồi.

Theo đó, biến dạng đàn hồi là những biến dạng có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chưa có lực tác dụng vào.

Khi tác dụng vào vật quá lớn, vật mất khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu, ta nói lực tác dụng vượt qua giới hạn đàn hồi của vật liệu.

Ví dụ, vật đàn hồi thường rất đa dạng: dây chun, lò xo, một đoạn dây cao su, bóng cao su....

Lực đàn hồi được ứng dụng trong đời sống quá một số công cụ như sau:

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

2. Lực đàn hồi của lò xo là gì

Khi ta dùng hai tay kéo dãn mộ lò xo, hai tay của ta đều chịu tác dụng lực kéo lại của lò xo, lực đó gọi là lực đàn hồi của lò xo.

Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo và vật liệu làm lò xo:

Khi ta muốn lò xo dãn ra, dài hơn thì ta phải tác động vào lò xo một lực mạnh hơn. Khi lò xo dãn ra dài hơn thì lực đàn hồi sinh ra phải lớn hơn để kéo lò xo về trạng thái ban đầu.
Lò xo thường được làm bằng théo hoặc đồng thau vì hai chất liệu này có tính đàn hồi rất tốt. Còn với chất liệu như sắt, đồng đỏ thì ít được dùng để làm lò xo vì chúng có tính chất đàn hồi kém và sắt thì sễ bị han rỉ nên dễ mất đi tính đàn hồi.

3. Công thức lực đàn hồi

Fđh = k.|Δl|

Trong đó: k - là độ cứng của lò xo.

|Δl| - độ biến dạng của lò xo.

+ Lực đàn hồi do trọng lực: P = Fđh

⇔ m.g = k.|Δl| ⇔ $k = frac{{m.g}}{{|Delta l|}}$ ⇔

4. Đặc điểm lực đàn hồi của lò xo

+ Lực đàn hồi xuất hiện khi lò xo bị biến dạng và tác dụng lên các vật tiếp xúc hoặc gắn với hai đầu của nó.

+ Lực đàn hồi có:

* Phương: dọc theo trục của lò xo.

* Chiều: ngược với ngoại lực gây ra biến dạng. Tức là khi lò xo bị dãn, lực đàn hồi của lò xo hướng vào trong còn khi bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng ra ngoài.

* Độ lớn: tuân theo định luật Hooke.

5. 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.

Bên cạnh đó nếu như vật đàn hồi là lò xo, ta rút ra một số nhận xét sau đây:

Lò xo chỉ giãn nếu các vòng của nó được quấn một cách đều đặn. Nếu như kéo giãn lò xo ra khỏi giới hạn đàn hồi của nó hay nói cách khác nếu chúng ta kéo các vòng bị biến dạng không đều nhau thì thí nghiệm sẽ thất bại.
Tính đàn hồi của lò xo sẽ phụ thuộc phần lớn vào vật liệu làm lò xo. Thép và đồng có tính đàn hồi khá tốt nên đây là hai vật liệu được sử dụng chủ yếu để làm lò xo.

*Ứng dụng của lực đàn hồi trong cuộc sống

Thực tế có rất nhiều dụng cụ, thiết bị có sử dụng lực này để hoạt động, có thể kể đến một số ứng dụng của lực đàn hồi như:

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

6. Định luật Húc

+ Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

Fdh=k.∆l

Trong đó

k là hệ số đàn hồi (độ cứng của lò xo) (N/m): phụ thuộc vào bản chất và kích thước của lò xo.
∆l=l-l0 : độ biến dạng của lò xo (m);
l: chiều dài khi biến dạng (m).
lo: chiều dài tự nhiên (m).
Fđh: lực đàn hồi (N).

7. Lực đàn hồi trong những trường hợp đặc biệt

- Đối với dây cao su hay dây thép: lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị kéo dãn nên gọi là lực căng dây.

- Đối với các mặt tiếp xúc: lực đàn hồi xuất hiện khi bị ép có phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc gọi là phản lực đàn hồi.

8. Bài tập tính lực đàn hồi của lò xo, định luật Húc

Câu 1: Khi nói về lực đàn hồi của lò xo. Phát biểu nào sau đây là sai?

A. Lực đàn hồi luôn có chiều ngược với chiều biến dạng của lò xo.B. Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi luôn tỉ lệ thuận với độ biến dạng.C. Khi lò xo bị dãn, lực đàn hồi có phương dọc theo trục lò xo.D. Lò xo luôn lấy lại được hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực.

Câu 2: Hai người cầm hai đầu của một lực kế lò xo và kéo ngược chiều những lực bằng nhau, tổng độ lớn hai lực kéo là 100 N. Lực kế chỉ giá trị là

A. 50 N.B. 100 N.C. 0 N.D. 25 N.

Câu 3: Một vật có khối lượng 200 g được treo vào một lò xo theo phương thẳng đứng thì chiều dài của lò xo là 20 cm. Biết khi chưa treo vật thì lò xo dài 18 cm. Lấy g = 10 m/s2. Độ cứng của lò xo này là

A. 200 N/m.B. 150 N/m.C. 100 N/m.D. 50 N/m.

Câu 4: Một lò xo có một đầu cố định, còn đầu kia chịu một lực kéo băng 5 N thì lò xo dãn 8 cm. Độ cứng của lò xo là

A. 1,5 N/m.B. 120 N/m.C. 62,5 N/m.D. 15 N/m.

Câu 5. Một lò xo có một đầu cố định. Khi kéo đầu còn lại với lực 2N thì lò xo dài 22cm. Khi kéo đầu còn lại với lực 4N thì lò xo dài 24cm. Độ cứng của lò xo này là:

A. 9,1 N/m.B. 17.102 N/m.C. 1,0 N/m.D. 100 N/m.

Câu 6. Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 25 cm. Khi nén lò xo để nó có chiều dài 20 cm thì lực đàn hồi của lò xo bằng 10 N. Nếu lực đàn hồi của lò xo là 8 N thì chiều dài lò xo khi đó là

A. 23,0 cm.B. 22,0 cm.C. 21,0 cm.D. 24,0 cm.

Câu 7: Một vật có khối lượng 200 g được đặt lên đầu một lò xo có độ cứng 100 N/m theo phương thẳng đứng. Biết chiều dài tự nhiên của lò xo là 20 cm. Bỏ qua khối lượng của lò xo, lấy g = 10 m/s2. Chiều dài của lò xo lúc này là

A. 22 cm.B. 2 cm.C. 18 cm.D. 15 cm.

Câu 8: Treo một vật khối lượng 200 g vào một lò xo thì lò xo có chiều dài 34 cm. Tiếp tục treo thêm vật khối lượng 100 g vào thì lúc này lò xo dài 36 cm. Lấy g = 10 m/s2. Chiều dài tự nhiên và độ cứng của lò xo là

A. 33 cm và 50 N/m.B. 33 cm và 40 N/m.C. 30 cm và 50 N/m.D. 30 cm và 40 N/m.

Câu 9. Một lò xo khối lượng không đáng kể, độ cứng 100 N/m và có chiều dài tự nhiên l40 cm. Giữ đầu trên của lò xo cố định và buộc vào đầu dưới của lò xo một vật nặng khối lượng 500 g, sau đó lại buộc thêm vào điểm chính giữa của lò xo đã bị dãn một vật thứ hai khối lượng 500 g. Lấy g = 10 m/s2. Chiều dài của lò xo khi đó là

A. 46 cm.B. 45,5 cm.C. 47,5 cm.D. 48 cm.

Câu 10: Một lò xo có độ cứng 100 N/m được treo thẳng đứng vào một điểm cố định, đầu dưới gắn với vật có khối lượng 1 kg. Vật được đặt trên một giá đỡ D. Ban đầu giá đỡ D đứng yên và lò xo giãn 1 cm. Cho D chuyển động nhanh dần đều thẳng đứng xuống dưới với gia tốc 1 m/s2. Bỏ qua mọi ma sát và sức cản. Lấy g = 10 m/s2. Quãng đường mà giá đỡ đi được kể từ khi bắt đầu chuyển động đến thời điểm vật rời khỏi giá đỡ và tốc độ của vật khi đó là

A. 6 cm ; 32 cm/s.B. 8 cm ; 42 cm/s.C. 10 cm ; 36 cm/s.D. 8 cm ; 30 cm/s.