- Lực đàn hồi là gì?
- Công thức
- Động năng và thế năng quy về một lực đàn hồi
- Thu nhận năng lượng tiềm năng
- Người giới thiệu
Lực đàn hồi là lực mà một vật tác dụng để chống lại sự thay đổi hình dạng của nó. Nó biểu hiện ở việc vật có xu hướng lấy lại hình dạng khi chịu tác dụng của lực biến dạng.
Lực đàn hồi còn được gọi là lực phục hồi vì nó chống lại sự biến dạng để đưa vật về vị trí cân bằng. Sự truyền lực đàn hồi thông qua các phần tử cấu tạo nên các vật.
Lực đàn hồi của lò xo
Ví dụ, khi lò xo kim loại bị nén, một lực tác dụng sẽ đẩy các hạt lò xo, làm giảm sự phân cách giữa chúng, đồng thời, các hạt chống lại sự đẩy bằng cách tác dụng một lực ngược với lực nén.
Nếu thay vì nén lò xo bị kéo, dãn ra, thì các phần tử cấu tạo nên nó bị tách ra nhiều hơn. Tương tự như vậy, các hạt chống lại việc bị tách ra bằng cách tác động một lực ngược với lực kéo căng.
Vật có tính chất phục hồi hình dạng ban đầu do tác dụng lực biến dạng được gọi là vật đàn hồi. Lò xo, dây cao su và dây bungee là những ví dụ về các vật thể đàn hồi.
Lực đàn hồi là gì?
Lực đàn hồi ( F k ) là lực mà vật tác dụng để lấy lại trạng thái cân bằng tự nhiên sau khi chịu tác dụng của ngoại lực.
Để phân tích lực đàn hồi, người ta sẽ tính đến hệ thống khối lượng lò xo lý tưởng, gồm một lò xo đặt nằm ngang gắn một đầu vào tường và đầu kia gắn vào một vật có khối lượng không đáng kể. Các lực khác tác động lên hệ, chẳng hạn như lực ma sát hoặc lực hấp dẫn, sẽ không được tính đến.
Nếu một lực nằm ngang tác dụng lên khối lượng, hướng vào tường thì nó sẽ truyền về phía lò xo, nén nó lại. Lò xo đi từ vị trí cân bằng đến vị trí mới. Khi vật có xu hướng giữ ở trạng thái cân bằng, lực đàn hồi ở lò xo ngược với lực tác dụng được biểu hiện.
Độ dời cho biết lò xo đã biến dạng bao nhiêu và lực đàn hồi tỉ lệ với độ dời đó. Khi lò xo bị nén, sự thay đổi vị trí tăng lên và do đó lực đàn hồi tăng.
Lò xo càng bị nén thì lực tác dụng càng lớn cho đến khi lực tác dụng và lực đàn hồi cân bằng, hệ quả là hệ khối lượng lò xo ngừng chuyển động. Khi ngừng tác dụng lực thì lực duy nhất tác dụng là lực đàn hồi. Lực này làm gia tốc lò xo ngược chiều với chiều biến dạng cho đến khi nó lấy lại trạng thái cân bằng.
Điều tương tự xảy ra khi kéo căng lò xo, kéo khối lượng theo phương ngang. Lò xo bị dãn ra thì ngay lập tức tác dụng một lực tỉ lệ với độ dời đối với lực dãn.
Công thức
Công thức lực đàn hồi được biểu thị bằng Định luật Hooke. Định luật này phát biểu rằng lực đàn hồi tuyến tính do một vật tác dụng tỷ lệ với độ dời.
F k = -k.Δ s
F k = Lực đàn hồi
Định luật Hooke. Lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ dãn.
Dấu âm trong phương trình cho biết lực đàn hồi của lò xo ngược hướng với lực gây ra dịch chuyển. Hằng số tỉ lệ k là hằng số phụ thuộc vào loại vật liệu làm lò xo. Đơn vị của hằng số k là N / m.
Vật đàn hồi có giới hạn đàn hồi sẽ phụ thuộc vào hằng số biến dạng. Nếu nó bị kéo căng quá giới hạn đàn hồi, nó sẽ biến dạng vĩnh viễn.
Phương trình y áp dụng cho độ dịch chuyển nhỏ của lò xo. Khi chuyển vị lớn hơn, các số hạng có lũy thừa lớn hơn Δ x được thêm vào .
Động năng và thế năng quy về một lực đàn hồi
Lực đàn hồi tác dụng lên lò xo bằng cách đưa nó về vị trí cân bằng. Trong quá trình này thế năng của hệ lò xo tăng lên. Thế năng do lực đàn hồi thực hiện được biểu diễn trong phương trình.
Thế năng được biểu thị bằng Joules (J).
Khi không tác dụng lực biến dạng, gia tốc lò xo hướng về vị trí cân bằng, thế năng giảm dần và động năng tăng dần.
Động năng của hệ lò xo khối lượng khi đến vị trí cân bằng được xác định bằng phương trình.
Hằng số k của lò xo là 35N / m.
Cần một lực 1,75 N để lò xo biến dạng thêm 5cm.
Hằng số độ võng của lò xo bị dãn 20 cm do tác dụng của lực 60N là bao nhiêu?
Hằng số lò xo là 300N / m
Thu nhận năng lượng tiềm năng
Thế năng quy về công do lực đàn hồi của lò xo bị nén 10cm và hằng số biến dạng của nó là 20N / m là bao nhiêu?
Lực đàn hồi của lò xo là -200N.
Lực này tác dụng vào lò xo để đưa nó về vị trí cân bằng. Thực hiện công việc này làm tăng thế năng của hệ thống.
Thế năng được tính với phương trình
Người giới thiệu
- Kittel, C, Knight, WD và Ruderman, M A. Cơ học. Hoa Kỳ: Mc Graw Hill, 1973, Tập I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB và Balasubramanian, V. Dao động và sóng. Ấn Độ: Nhà xuất bản Đại học, 1994.
- Murphy, J. Vật lý: hiểu rõ các đặc tính của vật chất và năng lượng. New York: Nhà xuất bản Giáo dục Britannica, 2015.
- Giordano, N J. Cao đẳng Vật lý: Lý trí và Mối quan hệ. Canada: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D và Resnick, R. Nguyên tắc cơ bản về vật lý. Hoa Kỳ: Wiley, 2014.