Vật lí 10 Bài 33: Biến dạng của vật rắn
Mục tiêu và kiến thức nền
Phân biệt biến dạng đàn hồi và không đàn hồi; xác định độ cứng lò xo từ số liệu.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Biến dạng có thể phục hồi
Vật có thể bị kéo, nén, uốn hoặc xoắn dưới tác dụng lực. Biến dạng đàn hồi là biến dạng mất đi khi bỏ lực trong giới hạn đàn hồi. Nếu vượt giới hạn, vật có thể không trở lại hình dạng cũ. Không coi mọi lò xo ở mọi tải đều tuân theo quan hệ tuyến tính.
Lực đàn hồi chống biến dạng
Trong miền tuyến tính, độ lớn lực đàn hồi lò xo bằng k|Δl|, với Δl = l − l₀. k có đơn vị N/m. Lò xo bị kéo thì lực đàn hồi kéo trở về; bị nén thì đẩy trở ra. Δl là độ biến dạng, không phải chiều dài đang đo.
Đo độ cứng
Treo các tải nhỏ, chờ cân bằng, đo l và tính Δl; lực kéo cân bằng xấp xỉ mg nếu mô hình phù hợp. Vẽ F theo Δl: độ dốc là k. Chỉ dùng vùng thẳng, không treo quá tải. Đọc thước ngang mắt, tính cả khối lượng móc treo khi cần và thu dọn vật treo sau đo.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Tìm độ cứng
Tải 0,2 kg làm lò xo dãn 4 cm, g = 10 m/s². F = mg = 2 N; Δl = 0,04 m. k = 2/0,04 = 50 N/m.
Ví dụ 2. Không dùng chiều dài tổng
Lò xo l₀ = 20 cm, k = 100 N/m, bị kéo dài đến 23 cm. Δl = 3 cm = 0,03 m; F = 3 N, không phải 23 N.
Lỗi thường gặp
- Đổi cm sang m trước khi dùng k theo N/m.
- Không dùng chiều dài l thay độ dãn.
- Định luật Hooke chỉ đúng trong miền áp dụng.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Đơn vị độ cứng lò xo là
Xem đáp án và lời giải
Đáp án B. k = F/Δl nên đơn vị N/m.
Câu 2. Lò xo k = 200 N/m dãn 0,02 m. Lực đàn hồi bao nhiêu N?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 4. F = 200×0,02 = 4 N.
Câu 3. Về lò xo trong miền tuân theo Hooke.
- F tỉ lệ với độ lớn biến dạng.
- F = kl với l là chiều dài hiện tại.
- Độ cứng lớn hơn nghĩa cùng lực thì biến dạng nhỏ hơn.
- Đổi 5 cm thành 0,05 m.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng. b) Sai: phải dùng |l−l₀|. c) Đúng vì |Δl| = F/k. d) Đúng.
Câu 4. Lò xo dài tự nhiên 15 cm; treo tải làm dài 18 cm. Lực kéo 6 N. Tính k.
Xem đáp án và lời giải
Δl = 18−15 = 3 cm = 0,03 m. k = 6/0,03 = 200 N/m.
Câu 5. Lò xo k = 80 N/m treo vật 0,4 kg, g = 10 m/s². Tính độ dãn cân bằng, bỏ khối lượng lò xo.
Xem đáp án và lời giải
Ở cân bằng F_đh = mg = 4 N. Δl = 4/80 = 0,05 m = 5 cm, nếu chưa vượt miền tuyến tính.
Câu 6. Số liệu F = 1; 2; 3 N tương ứng Δl = 2; 4; 6 cm. Có phù hợp Hooke không và k bằng bao nhiêu?
Xem đáp án và lời giải
Các tỉ số F/Δl đều bằng 50 N/m nên phù hợp quan hệ tuyến tính trong khoảng đo. Không suy ra quan hệ vẫn đúng với tải lớn tùy ý.
Sơ đồ ghi nhớ
- Đo l₀ và l
- Tính Δl
- Xét giới hạn đàn hồi
- Độ dốc F–Δl là k
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.