Nếu bạn kéo căng một sợi dây cao su hoặc một lốp xe cao su đến một mức độ nhất định, nó sẽ giãn ra. Sau khi bạn thả lỏng lực căng, cao su sẽ trở lại chiều dài ban đầu. Tương tự, khi bạn kéo căng một lò xo, nó sẽ giãn ra. Sau khi bạn thả lỏng, nó sẽ trở lại chiều dài ban đầu. Lò xo hoặc cao su sẽ giãn ra khi bị kéo căng và sẽ trở lại chiều dài ban đầu sau khi lực căng được thả lỏng vì chúng có tính đàn hồi. Tính đàn hồi là khả năng của một vật thể trở lại hình dạng ban đầu khi lực tác dụng lên nó được loại bỏ.
Bạn đã bao giờ nhai kẹo cao su chưa? Nếu bạn kéo kẹo cao su bằng cả hai tay, nó sẽ dài ra. Sau khi bạn thả tay ra, hình dạng của kẹo cao su vẫn giữ nguyên, hoặc chiều dài của nó sẽ không trở lại trạng thái ban đầu. Điều tương tự cũng xảy ra với đất sét, chất dẻo, v.v. Các vật thể như kẹo cao su, đất sét và chất dẻo được gọi là vật thể dẻo. Các vật thể đàn hồi như lò xo cũng có thể trở nên dẻo nếu bị kéo với lực lớn và vượt quá giới hạn đàn hồi của chúng.
Nếu kéo lò xo sang phải, nó sẽ giãn ra và dài thêm (Hình 1). Nếu lực kéo không quá lớn, người ta thấy rằng độ dài tăng thêm của lò xo tỷ lệ thuận với độ lớn của lực kéo (F). Nói cách khác, lực kéo càng lớn thì độ dài tăng thêm của lò xo càng lớn. Tỷ lệ giữa độ lớn của lực kéo (F) và độ dài tăng thêm của lò xo là một giá trị không đổi.
Tỷ lệ giữa lực (F) và sự tăng chiều dài của lò xo là không đổi, điều này được thể hiện bằng độ dốc không đổi của đồ thị (hình 2).
k là hằng số lò xo hay hệ số đàn hồi của lò xo, hoặc là thước đo độ mềm dẻo của lò xo. Mối quan hệ này lần đầu tiên được Robert Hooke (1635 – 1703) quan sát vào năm 1678, do đó nó được gọi là định luật Hooke.
Nếu độ lớn của lực tác dụng lên lò xo vượt quá giới hạn đàn hồi của lò xo, thì sau khi lực được loại bỏ, chiều dài của lò xo sẽ không trở lại chiều dài ban đầu. Định luật Hooke chỉ áp dụng đến giới hạn đàn hồi . Giới hạn đàn hồi của lò xo là lực tối đa có thể tác dụng lên lò xo trước khi lò xo bị biến dạng vĩnh viễn và chiều dài của lò xo không thể trở lại chiều dài ban đầu. Nếu độ lớn của lực tiếp tục tăng, lò xo sẽ bị hỏng.
Ví dụ về bài toán
1. Câu hỏi thi quốc gia năm 2018
Một mũi tên được gắn vào dây cung, sau đó được kéo căng với một lực 20 N sao cho dây cung giãn ra một khoảng 20 cm. Bỏ qua ma sát không khí, khối lượng của mũi tên là 250 gram, vậy vận tốc của mũi tên khi được bắn ra khỏi cung là…
Cuộc thảo luận
Ai cũng biết:
Lực (F) = 20 N
Độ tăng chiều dài ( s) = 20 cm = 0,2 m
Khối lượng mũi tên (m) = 250 gam = 0,25 kg
Vận tốc ban đầu (v o ) = 0 m/s
Câu hỏi: Tốc độ của mũi tên khi được bắn ra khỏi cung.
Trả lời:
Công (W) = sự thay đổi động năng ( ΔEK)
W = F s = (20)(0,2) = 4
EK = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 m (vt2) = 1/2 (0,25)(vt2) = 1/2 (0,25)(vt2) = 0,125 vt2
W = ΔEK
F s = 1/2 m (v t 2 )
4 = 0,125 v t 2
4/0,125 = v t 2
v t 2 = 32
v t = √32
v t = √(16)(2)
v t = 4√2 m/s
