Lý thuyết Vật lý 10 bài 33 KNTT

• Khi không có ngoại lực tác dụng, vật rắn có kích thước và hình dạng xác định. Khi có ngoại lực tác dụng, vật rắn thay đổi hình dạng và kích thước, ta nói vật rắn bị biến dạng.
• Như vậy, khi có tác dụng của ngoại lực, vật rắn sẽ bị biến dạng.
• Mức độ biến dạng phụ thuộc vào độ lớn của ngoại lực.
• Khi không còn tác dụng của ngoại lực, nếu vật rắn lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu thì biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi.
• Giới hạn mà trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi được gọi là giới hạn đàn hồi của vật rắn.

a) Khi chưa bị biến dạng

b) Khi bị biến dạng nén

c) Khi bị biến dạng kéo

Ví dụ: Nếu giữ chặt đầu A của thanh thép AB và tác dụng vào đầu B một lực nén đủ lớn để gây ra biến dạng thì độ dài l và tiết diện ngang S của thanh này thay đổi như thế nào?

Giải thích

Thanh thép co lại, chiều dài giảm đi đồng thời tiết diện của thanh ở đoạn giữa tăng lên, thanh thép bị phình ra.

a. Lực đàn hồi của lò xo

- Khi ta kéo hoặc nén một lò xo, tức là làm lò xo biến dạng, lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và chống lại lực gây ra sự kéo hoặc nén này.

- Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với hướng của lực gây biến dạng lò xo.

Ví dụ: Bungee là một trò chơi mạo hiểm được nhiều người yêu thích. Em có biết trò chơi này được thực hiện dựa trên hiện tượng vật lí nào không?

Giải thích

- Nhảy Bungee có tên gọi tiếng Anh là bungee jump. Đây là một trò chơi mạo hiểm với đặc trưng cú nhảy của cảm giác phải nói là cực mạnh, song song đó là sự khát khao chinh phục độ cao. Người chơi sẽ phải leo lên một nơi có địa thế rất cao ví dụ như cây cầu, nơi tòa nhà cao tầng hay khinh khí cầu, trực thăng hoặc cáp treo,... và họ được buộc dây đai xung quanh người. Sau đó, họ quăng mình xuống phía dưới mặt đất hoặc cũng có thể là mặt nước.

- Sợi dây buộc chân người chơi có đường kính từ 5 - 7cm. Nó được bện từ các sợi cao su nhỏ rất bền bỉ và có một độ đàn hồi tốt.

⇒ Trò chơi này được thực hiện dựa trên hiện tượng biến dạng đàn hồi của dây treo.

b) Độ biến dạng của lò xo

Lò xo luôn bị biến dạng khi chịu lực tác dụng. Biến dạng của lò xo là kéo hoặc nén tùy thuộc vào chiều của lực đặt vào hai đầu lò xo. Đặc trưng cho sự biến dạng của lò so là độ biến dạng.

c. Định luật Hooke

Chú ý: Khi hai lò xo chịu tác dụng bởi lực kéo/nén có độ lớn bằng nhau và đang bị biến dạng đàn hồi, lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ bị biến dạng ít hơn.

Xét lò xo có độ cứng . Gọi là chiều dài tự nhiên của lò xo khi chưa biến dạng. Khi treo vật nặng vào một đầu của lò xo thì lò xo sẽ bị dãn ra một đoạn và vật sẽ đứng ở một vị trí cân bằng xác định.

Tại vị trí cân bằng, lò xo có chiều dài . Độ biến dạng (dãn) của lò xo là .

Mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo được mô tả bởi định luật Hooke:

Chú ý: Lực đàn hồi có tác dụng cống lại sự biến dạng của vật, do đó luôn ngược chiều với lực gây ra sự biến dạng của vật.

Ví dụ: Một lò xo bố trí theo phương thẳng đứng và có gắn vật nặng khối lượng . Khi vật treo ở dưới (Hình 33.4a) thì lò xo dài , khi vật đặt ở trên (Hình 33.4b) thì lò xo dài . Lấy  và bỏ qua trọng lượng của móc treo, giá đỡ vật nặng. Tính độ cứng của lò xo.

Hình 33.4

Hướng dẫn giải

Trong hai trường hợp, vật nặng chịu tác dụng của lực đàn hồi và trọng lực.

Khi vật treo ở dưới lò xo:

Khi đặt vật ở trên lò xo:

Từ (1) và (2)

Thay vào (1) hoặc (2), tính được .

Ví dụ: Hệ số đàn hồi của một thanh rắn đồng chất hình trụ là . Đầu trên của thanh cố định, thanh dài thêm khi treo vào đầu dưới của thanh rắn một vật có khối lượng m. Xác định giá trị của m, lấy .  

Hướng dẫn giải

Ta có:

Thanh dài thêm 1,6cm do trọng lực của vật m tác dụng vào thanh, độ lớn của trọng lực đúng bằng độ lớn của lực đàn hồi xuất hiện khi thanh bị kéo dãn:

Áp dụng công thức tính độ lớn lực đàn hồi: