Thư Viện Công Thức Vật Lý

Đặc điểm lực đàn hồi của lò xo:

+ Lực đàn hồi xuất hiện khi lò xo bị biến dạng và tác dụng lên các vật tiếp xúc hoặc gắn với hai đầu của nó.

+ Lực đàn hồi có:

* Phương: dọc theo trục của lò xo.

* Chiều: ngược với ngoại lực gây ra biến dạng. Tức là khi lò xo bị dãn, lực đàn hồi của lò xo hướng vào trong còn khi bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng ra ngoài.

* Độ lớn: tuân theo định luật Hooke.

Định luật Hooke:

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

$F_{dh}=k.\left|∆l\right|$

Trong đó

+ k là hệ số đàn hồi (độ cứng của lò xo) (N/m): phụ thuộc vào bản chất và kích thước của lò xo.

+$∆l=\left|l-l_0\right|$ : độ biến dạng của lò xo (m);

+ l: chiều dài khi biến dạng (m).

+ l_o: chiều dài tự nhiên (m).

+ F_đh: lực đàn hồi (N).

Lực đàn hồi trong những trường hợp đặc biệt:

- Đối với dây cao su hay dây thép: lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị kéo dãn nên gọi là lực căng dây.

- Đối với các mặt tiếp xúc: lực đàn hồi xuất hiện khi bị ép có phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc gọi là phản lực đàn hồi.

Phát biểu: Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn đồng chất, hình trụ tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó.

Chú thích: 

$\epsilon$: độ biến dạng tỉ đối của vật rắn (bị kéo hoặc nén)

$∆l$: độ dài phần giãn ra hay nén lại của vật $\left(m\right)$

$l_0$: chiều dài tự nhiên ban đầu của vật $\left(m\right)$

$\sigma$: ứng suất tác dụng vào vật đó $\left(Pa\right)$

$\alpha$: hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn

$F:$ lực tác dụng lên vật rắn $\left(N\right)$

$S$: tiết diện ngang của vật $\left(m^2\right)$

Nhận xét về độ biến dạng tỉ đối của các vật liệu:

- Vật liệu dẻo như sắt, thép, đồng,... có độ biến dạng tỉ đối cao.

- Vật liệu giòn như gang, thủy tinh, gốm,... có độ biến dạng tỉ đối thấp.

- Vật liệu polyme có độ biến dạng tỉ đối rất cao. Polyme có thể kéo dài thành sợi nhỏ và mảnh.

Phát biểu: Lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên phần tử dòng điện $I\overrightarrow{l}$ đặt trong từ trường đều, tại đó cảm ứng từ là $\overrightarrow{B}$.

- Có điểm đặt tại trung điểm của $l$ $\left(M_1{M}_2\right)$.

- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{l}$ và $\overrightarrow{B}$.

- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.

Chú thích:

$F$: lực từ tác dụng $\left(N\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$l$: độ dài của phần tử dòng điện $\left(m\right)$

Trong đó $\alpha$ là góc tạo bởi $\overrightarrow{B}$ và $\overrightarrow{l}$.

Chú thích:

$T_{max}$: lực căng dây cực đại $\left(N\right).$

$m$: khối lượng quả nặng $\left(kg\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

${\alpha }_o$: góc lệch cực đại của dây treo so với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

Nhận xét: Trong quá trình dao động. Lực căng dây cực tiểu ở vị trí biên.

Lưu ý thêm: Để tránh nhầm lẫn với chu kỳ dao động của phần dao động điều hòa ở chương trình Vật Lý 12. Một số tài liệu sẽ kí hiệu lực căng dây là chữ calligraphic T thay vì T.

Chú thích:

$T_{max}$: lực căng dây cực đại $\left(N\right).$

$m$: khối lượng quả nặng $\left(kg\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

${\alpha }_o$: góc lệch cực đại của dây treo so với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

Nhận xét: Trong quá trình dao động. Lực căng dây cực đại ở vị trí cân bằng.

Lưu ý thêm: Để tránh nhầm lẫn với chu kỳ dao động của phần dao động điều hòa ở chương trình Vật Lý 12. Một số tài liệu sẽ kí hiệu lực căng dây là chữ calligraphic T thay vì T.

Chú thích:

$T$: lực căng dây $\left(N\right).$

$m$: khối lượng quả nặng $\left(kg\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

$\alpha$: góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

${\alpha }_o$: góc lệch cực đại của dây treo so với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

Lưu ý thêm: Để tránh nhầm lẫn với chu kỳ dao động của phần dao động điều hòa ở chương trình Vật Lý 12. Một số tài liệu sẽ kí hiệu lực căng dây là chữ calligraphic T thay vì T.

Chú thích:

$v$: vận tốc của vật $(m/s)$.

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

$l$: chiều dài dây treo $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc lệc giữa dây treo với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$hoặc $\left(rad\right)$.

Áp dụng tỉ số lượng giác ta có: $h=l(1-\cos \alpha )$.

Từ đây suy ra $h_{max}=l(1-\cos {\alpha }_o)$.

Mà thế năng lại được tính bằng: $W_t=m.g.z$ 

Vậy $\left\{\begin{array}{l}{W}_t=m.g.l(1-\cos \alpha )\\ W_{t max}=m.g.l(1-\cos {\alpha }_o)\end{array}\right.$

Chú thích:

$W_t;W_{t max}$: thế năng, thế năng cực đại $\left(J\right)$.

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

$g$: gia tốc trọng trường $(m/s^2)$.

$l$: chiều dài dây treo $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc lệc giữa dây treo với phương thẳng đứng $\left(deg\right)$hoặc $\left(rad\right)$.

Bản chất toán học:

Về bản chất toán học, công của một lực chính là tích vô hướng giữa hai vectơ $\overrightarrow{F}, \overrightarrow{S}.$.

Để hiểu rõ bản chất vấn đề, xin nhắc lại bài toán tích vô hướng giữa hai vectơ.

Định nghĩa:

Khi lực $\overrightarrow{F}$  không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc $\alpha$ thì công thực hiện được bởi lực đó được tính theo công thức $A=F.S.\cos \left(\alpha \right)$

Chú thích:

$A$: công cơ học $\left(J\right)$,

$F$: lực tác dụng $\left(N\right)$.

$S$: quãng đường vật dịch chuyển $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc tạo bởi hai vectơ $\overrightarrow{F}, \overrightarrow{S}$ $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

Biện luận:

Mối quan hệ giữa góc anpha và công do lực sinh ra.

Trường hợp lò xo treo trên mặt phẳng nghiêng:

Tại vị trí cân bằng: P.sin(α)=Fdh⇔m.g.sin(α)=k.∆l.

Độ biến dạng lò xo tại vị trí cân bằng: ∆l=P.sin(α)k=m.g.sin(α)k

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

Chú thích:

P: trọng 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 cảu lò xo ở vị trí đang xét (m).

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

α: góc tạo bởi mặt phẳng nghiêng so với phương ngang (deg) hoặc (rad).