Lực đàn hồi là gì? Công thức tính lực đàn hồi của lò xo ( Định luật Húc)

Hiện nay có rất nhiều các bạn học sinh không nắm chắc được lý thuyết về lực đàn hồi và công thức tính lực đàn hồi của lò xo như thế nào? Chính vì vậy, Hyundai Smart Phone sẽ chia sẻ công thức tính lực đàn hồi của lò xo ( Định luật Húc) kèm theo bài tập có lời giải chi tiết trong bài viết này

Lực đàn hồi là gì? 

Lực đàn hồi là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng đàn hồi và có xu hướng chống lại nguyên nhân gây ra biến dạng. Kí hiệu lực đàn hồi: F_đh

Đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo

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

• Xuất hiện ở cả hai đầu của lò xo.
• Điểm đặt tại các vật tiếp xúc hay gắn với lò xo làm nó biến dạng.
• Có phương trùng với trục của lò xo.
• Có chiều ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng, tức là: nếu lò xo dãn, lực đàn hồi hướng vào trong, nếu lò xo bị nén, lực đàn hồi hướng ra ngoài.
• Có độ lớn tỉ lệ thuận với độ biến dạng F = k.|∆l|.

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…

Công thức tính lực đàn hồi của lò xo ( Công thức 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. Biểu thức định luật Húc:

F_đh = k.|Δl| = k |l – l₀|

Trong đó:

• k: độ cứng của lò xo (N/m)
• F_đh: độ lớn lực đàn hồi (N)
• Δl = l – l₀ : độ biến dạng của lò xo (m)
• Δl > 0 : lò xo biến dạng giãn
• Δl < 0 : lò xo biến dạng nén
• l₀: chiều dài ban đầu của lò xo (m)
• l: chiều dài của lò xo sau khi biến dạng nén hoặc giãn (m)

Khi lò xo treo thẳng đứng, một đầu gắn cố định, đầu còn lại treo vật m, ở trạng thái vật m nằm cân bằng:

F_đh = P = mg

Cắt lò xo:

Lò xo có độ cứng k₀ chiều dài l₀ cắt thành hai lò xo có k₁; l₁ và k₂; l₂ thì k₀l₀ = k₁l₁ = k₂l₂

Hai lò xo ghép song song: k = k₁ + k₂

Tương tự với nhiều lò xo ghép song song: k = k₁ + k₂ + … + k_n

Công thức tính độ cứng của lò xo: k = mg/Δl

Lưu ý:

• Đối với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn. Vì thế lực đàn hồi trong trường hợp này gọi là lực căng.
  Đối với mặt tiếp xúc bị biến dạn khi bị ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

Tham khảo thêm:

• Tốc độ góc là gì? Công thức tính tốc độ góc và VD có lời giải
• Công thức tính vận tốc: trung bình, tức thời, góc và dòng nước kèm VD
• Điện trở là gì? Công thức tính điện trở kèm bài tập có lời giải từ A – Z

Bài tập về lực đàn hồi của lò xo có lời giải

Ví dụ 1: Một lò xo có chiều dài tự nhiên l₀, được treo vào điểm cố định O. Nếu treo vào lò xo vật 100g thì chiều dài của lò xo là 21cm, treo thêm vật m₂­ = 200g thì chiều dài của lò xo là 23cm. Tìm độ cứng và độ dài tự nhiên của lò xo, g = 9,8m/s², bỏ qua khối lượng lò xo.

Lời giải:

Lò xo cân bằng: F = P ⇔ kΔl = mg

Khi treo vật m1: k(l-l₀) = m₁g (1)

Khi treo thêm m2 : k(l₂-l₀) = (m₁ + m₂)g (2)

Từ (1) và (2) => Công thức tính lực đàn hồi => k = 97 N/m

Ví dụ 2: Treo vật 200g vào lò xo có một đầu gắn cố định chiều dài 34 cm; treo thêm vật 100g thì lò xo dài 36 cm. Tính chiều dài ban đầu của lò xo và độ cứng của lò xo, lấy g = 10 m/s²

Hướng dẫn:

Vì treo thêm vật nặng mà chiều dài lò xo lớn hơn suy ra đầu trên lò xo gắn cố định và chiều dài ban đầu l₀ < 34 cm

+ Khi treo vật có khối lượng m₁ = 0,2 kg:

k |l₁ – l₀| = m₁g ⇒ k |0,34 – l₀| = 2 (1)

+Khi treo thêm vật có khối lượng m₂ = 0,1 kg:

k |l₂ – l₀| = (m₁ + m₂ )g ⇒ k |0,36 – l₀| = 3 (2)

Giải (1) và (2) ⇒ l₀ = 0,3 m hoặc l₀ = 0,348 m

Áp dụng điều kiện l₀ < 0,34 m ⇒ l₀ = 0,3 m và k = 50 N/m

Ví dụ 3: Một lò xo được giữ cố định một đầu. Khi tác dụng vào đầu kia của nó lực kéo F₁ = 1,8 N thì nó có chiều dài l₁ = 17 cm. Khi lực kéo là F₂ = 4,2 N thì nó có chiều dài là l₂ = 21 cm. Tính độ cứng và chiều dài tự nhiên của lò xo

Lời giải

Lực tác dụng vào lò xo là lực kéo suy ra lò xo bị dãn, l > l₀. Đồng thời khi lò xo đứng yên thì lực kéo cân bằng với lực đàn hồi

Ta có: F₁ = k (l₁ – l₀)

F₂ = k (l₂ – l₀)

⇒ l₀ = 0,14 m

⇒ k = 60 N/m

Ví dụ 4: Phải treo một vật có khối lượng bằng bao nhiêu vào lò xo có độ cứng K = 100 N/m để lò xo dãn ra được 20cm? Lấy g = 10 m/s²

Lời giải:

F_đh = kΔl = mg ⇒ 100. 0,2 = m.10 ⇒ m = 2 kg

Ví dụ 5: Lò xo có độ cứng k₁ = 400 N/m, lò xo 2 có độ cứng là k₂ = 600 N/m. Hỏi nếu ghép song song 2 lò xo thì độ cứng là bao nhiêu?

Lời giải:

Hai lò xo ghép song song

⇒ k = k₁ + k₂ = 400 + 600 = 1000 N/m

Bên trên chính là toàn bộ lý thuyết về lực đàn hồi là gì và công thức tính lực đàn hồi, Định luật Húc mà chúng tôi đã phân tích chi tiết có thể giúp các bạn nắm chắc kiến thức để áp dụng vào làm bài tập rồi nhé