Lý thuyết Vật lý 10 bài 23: Định luật Hooke CTST

Thí nghiệm khảo sát lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

* Mục đích: Tìm hiểu mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo.

* Dụng cụ: Giá đỡ, hai đến ba lò xo thẳng khác nhau, vật nặng, thước đo, cân.

Ta có thể bố trí thí nghiệm như Hình 23.1, Bảng 23.1 trình bày một bộ số liệu đã đo được.

Kết luận: Trong giới hạn đàn hồi, lò xo có độ dãn tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi lò xo và được gọi là độ cứng (hệ số đàn hồi) của lò xo.

Trong hệ SI, đơn vị của độ cứng k là: N/m

Với \(\Delta \ell  = \ell  - {\ell _o}\)

Trong đó:

l là chiều dài của lò xo tại vị trí cân bằng

l_o là chiều dài tự nhiên của lò xo khi chưa biến dạng

Lò xo bị biến dạng khi treo vật	Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng của một lò xo

Bài tập 1: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 20 cm. Khi lò xo có chiều dài 24 cm thì lực đàn hồi của nó bằng 5 N. Hỏi khi lực đàn hồi của lò xo bằng 10 N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Ta có: 

\(\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{k.\Delta {l_1}}}{{k.\Delta {l_2}}} = \frac{{{l_1} - {l_0}}}{{{l_2} - {l_0}}} \Rightarrow \frac{5}{{10}} = \frac{{24 - 20}}{{{l_2} - 20}} \Rightarrow {l_2} = {\rm{28\;cm}}\)

Bài tập 2: Người ta treo một vật có khối lượng 0,3 kg vào đầu dưới của một lò xo (đầu trên cố định), thì lò xo dài 31 cm. Khi treo thêm một vật 200g nữa thì lò xo dài 33 cm. Lấy độ cứng của lò xo là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Ta có: 

\(\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{P_1}}}{{{P_2}}} \Leftrightarrow \frac{{\Delta {l_1}}}{{\Delta {l_2}}} = \frac{{{m_1}.g}}{{{m_2}.g}}\)

\(\Rightarrow \frac{{{l_1} - {l_0}}}{{{l_2} - {l_0}}} = \frac{{{m_1}}}{{{m_2}}} \Rightarrow \frac{{31 - {l_0}}}{{33 - {l_0}}} = \frac{{0,3}}{{0,3 + 0,2}} \Rightarrow {l_0} = 28cm\)

Ta lại có: \({P_1} = {F_1} = k.\Delta {l_1} \Leftrightarrow {m_1}g = k.\left( {{l_1} - {l_0}} \right) \Rightarrow k = 100N/m\)

Bài tập 3: Một lò xo có chiều dài tự nhiên 20 cm và có độ cứng 75 N/m. Lò xo vượt quá giới hạn đàn hồi của nó khi bị kéo giãn vượt quá chiều dài 30 cm. Lực đàn hồi cực đại của lò xo bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Áp dụng định luật Hooke ta có

\({F_{dh\max }} = k.\left( {{l_{\max }} - {l_0}} \right) = 75.\left( {0,3 - 0,2} \right) = 7,5\left( N \right)\)

C. Trắc nghiệm Vật lý 10 bài 23