Lực đàn hồi trong hệ lò xo

Khái niệm:

Lực là đại lượng véc tơ đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.

Đơn vị tính: Newton $\left(N\right)$

Khái niệm:

- Độ cứng của lò xo tuân theo liên hệ tuyến tính giữa lực đàn hồi và độ biến dạng.

- Độ cứng của lò xo phụ thuộc vào chất liệu và độ dài của lò xo.

Đơn vị tính: $N/m$

Khái niệm: 

Độ biến dạng của lò xo là hiệu giữa chiều dài khi biến dạng và chiều dài tự nhiên của lò xo.

Đơn vị tính: mét ($m$)

Khái niệm: 

Lực đàn hồi là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Chẳng hạn, lực gây ra bởi một lò xo khi nó bị nén lại hoặc kéo giãn ra. Lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. 

Đơn vị tính: Newton $\left(N\right)$

Định nghĩa:

Tổng hợp lực: là thay thế hai lực bằng một lực có tác dụng tương tự. Lưu ý rằng sau khi tổng hợp lực xong chỉ có duy nhất một kết quả tổng hợp.

Trong trường hợp chỉ có hai lực đồng quy: $\overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}$

Điều kiện lực tổng hợp: $\left|F_1-F_2\right| \le F \le F_1+F_2$

1) Trường hợp hai vector cùng phương cùng chiều

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t=F_1+F_2 \end{gathered}$$

2) Trường hợp hai vector cùng phương ngược chiều

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t=\left|F_1-F_2\right| \end{gathered}$$

3) Trường hợp hai vector vuông góc với nhau

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t^2=F_1^2+F_2^2 \end{gathered}$$

4) Với góc alpha bất kì

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t^2=F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2.\cos \left(\alpha \right) \end{gathered}$$

Chú thích:

$F$: độ lớn của lực tác dụng $\left(N\right)$.

$\alpha$: góc tạo bới hai lực $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

5) Hai vector giống nhau và hợp góc alpha bằng 60 độ

6) Hai vector giống nhau và hợp góc alpha bằng 120 độ

BẢNG TỔNG HỢP CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN CỦA HỢP LỰC

Phát biểu:

Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng. Độ lớn tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Chú thích:

$a$: gia tốc của vật $(m/s^2)$.

$F$: lực tác động $\left(N\right)$.

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$.

Qua hình ảnh minh họa ta thấy khối lượng và gia tốc của vật là hai đại lượng tỉ lệ nghịch với nhau. Khối lượng càng nhỏ thì gia tốc lớn và ngược lại.

Phát biểu:

Nếu vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B sẽ tác dụng trở lại A một lực. Đây là hai mạnh như nhau, cùng phương nhưng ngược chiều.

Chú thích:

$\overrightarrow{F_{AB}}$: lực do vật A tác dụng lên vật B $\left(N\right)$.

$\overrightarrow{F_{BA}}$: lực do vật B tác dụng lên vật A $\left(N\right)$

Tính chất của lực và phản lực:

- Trong hai lực $\overrightarrow{F_{AB}}$ và $\overrightarrow{F_{BA}}$ , ta gọi một lực là lực tác dụng, lực kia là phản lực.

- Lực và phản lực luôn xuất hiện và mất đi đồng thời.

- Lực và phản lực có cùng giá, ngược chiều, cùng độ lớn, nhưng đặt lên hai vật khác nhau. Do đó lực và phản lực không cân bằng nhau, chúng là hai lực trực đối.

Trong hình minh họa chúng ta thấy lực do chân vận động viên tác động vào tường trực đối với lực do tường tác động vào chân vận động viên.

Định luật Hooke:

1.Phát biểu

- Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

2.Đặc điểm

- Phương của lực: lực đàn hồi có phương dọc trục lò xo.

- Chiều của lực:

     + Lực đàn hồi ở đầu không cố định ngược chiều với chiều biến dạng của lò xo (hướng về vị trí không biến dạng).

     + Lực đàn hồi tác dụng lên hai đầu có cùng độ lớn nhưng ngược hướng nhau .

- Độ lớn: tuân theo định luật Hooke.

- Dấu trừ trong công thức $\overrightarrow{F_{đh}}=-k.\overrightarrow{∆l}$ thể hiện lực đàn hồi luôn chống lại tác nhân gây ra biến dạng của nó.

- Nếu chỉ tính độ lớn ta có Fđh=k.∆l

Chú thích:

$F_{đh}$: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

∆l: độ biến dạng của lò xo (m)

Trường hợp lò xo nằm ngang:

Tại vị trí cân bằng: F=Fdh⇔F=k.∆l.

Độ biến dạng lò xo tại vị trí cân bằng: $∆l_0=\frac{F}{k}$

Chiều dài của lò xo ở vị trí cân bằng: $l=l_0+∆l_0$

Chú thích:

F: lực tác dụng (N).

Fđh: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

∆l: độ biến dạng của lò xo (m)

l: chiều dài của lò xo ở vị trí đang xét (m).

lo: chiều dài tự nhiên của lò xo - khi chưa có lực tác dụng (m).

Lưu ý : Nếu ban đầu chưa tác dụng lực hoặc lò xo ở chiều dài tự nhiên thì dô biến dạng ban đầu bằng không.