Lực đàn hồi và cách giải các dạng bài tập (2024) chi tiết nhất

Lực đàn hồi

1. Khái niệm

- Lò xo là một vật đàn hồi. Sau khi nén hoặc kéo dãn nó một cách vừa phải, nếu buông ra, thì chiều dài của nó trở lại bằng chiều dài tự nhiên. Khi lò xo bị nén hoặc kéo dãn, thì nó sẽ tác dụng lực đàn hồi lên các vật tiếp xúc (hoặc gắn) với hai đầu của nó.

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

2. Công thức

Định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

F_dh = k.

Trong đó:

+ độ biến dạng của lò xo (cm hoặc m).

Với là độ dài ban đầu của lò xo (cm hoặc m), là độ dài lò xo khi treo vật (cm hoặc m).

+ k là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, đơn vị là niuton trên mét, kí hiệu N/m.

3. Kiến thức mở rộng

- Khi treo vật nặng vào lò xo, vật cân bằng khi:

- 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 các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

- Tính đàn hồi lò xo phụ thuộc vào vật liệu làm lò xo. Nếu kéo dãn lò xo bằng một lực quá lớn thì lò xo sẽ bị mất tính đàn hồi. Lúc đó, nếu thôi không kéo dãn, chiều dài của lò xo sẽ không thể trở lại bằng chiều dài tự nhiên của nó được nữa.

4. Ví dụ minh họa

Câu 1: Cho một lò xo chiều dài tự nhiên bằng 21 cm. Lò xo được giữ cố định tại một đầu, còn đầu kia chịu tác dụng của lực kéo bằng 2,0 N. Khi ấy lò xo dài 25 cm. Hỏi độ cứng của lò xo bằng bao nhiêu?

Lời giải:

+ F = => 2,0 = k(25 - 21).10^-2 => k = 50N/m

Câu 2: 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 m_2­ = 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 ⇔ = mg

Khi treo vật m₁: = m₁g (1)

Khi treo thêm m₂ : = (m₁ + m₂)g (2)

Từ (1) và (2) => => k = 97 N/m

5. Bài tập tự luyện

Bài 1: Một quả cân có khối lượng m = 100 g treo vào đầu dưới của một lò xo nhẹ, đầu kia của lò xo gấn trên giá treo. Cho g = 10m/s². Khi vật cân bằng thì lực của lò xo tác dụng lên vật là bao nhiêu?

Bài 2: Treo một vật có khối lượng 500 g vào một lò xo thì làm nó dãn ra 5 cm, cho g = 10m/s². Tìm độ cứng của lò xo?

Bài 3: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 10 cm và có độ cứng là 40 N/m. Giữ cố định một đầu và tác dụng vào đầu kia một lực 1 N để nén lò xo. Chiều dài của lò xo khi bị nén là bao nhiêu?

Bài 4: Cho một lò xo có chiều dài tự nhiên l₀, đầu trên cố định đầu dưới người ta treo quả cân 200 g thì lò xo dài 32 cm. Khi treo thêm quả cân 100 g nữa thì lò xo dài 33 cm. Tính chiều dài tự nhiên và độ cứng của lò xo.

Bài 5: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 30 cm, khi bị nén lò xo dài 24 cm và lực đàn hồi của nó bằng 5 N. Hỏi khi lực đàn hồi bị nén bằng 10 N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?

Bài 6: Một lò xo có độ dài l = 50 cm, độ cứng k = 50 N/m. Cắt lò xo làm hai phần có chiều dài lần lượt là l₁ = 20cm; l₂ = 10cm. Tìm độ cứng của mỗi đoạn.

Bài 7: Một lò xo có chiều dài tự nhiên 40 cm được treo thẳng đứng. Đầu trên cố định đầu dưới treo một quả cân 500 g thì chiều dài của lò xo là 45 cm. Hỏi khi treo vật có m = 600 g thì chiều dài lúc sau là bao nhiêu? Cho g = 10m/s².

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 10 khác:

• Công thức tính lực hướng tâm

• Công thức tính lực căng dây