Định luật Húc là gì. Hướng và điểm đặt của lực đàn hồi

Định luật Húc là một trong những nguyên tắc quan trọng trong vật lý mô tả sự tương tác giữa các vật thể trong các tình huống va chạm và tác động lên nhau. Trong bài viết này, Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa sẽ khám phá sâu hơn về định luật Húc là gì, hiểu nó là gì và tìm hiểu về các ứng dụng thực tế của nó.

1. Lực đàn hồi lò xo và định luật Húc là gì

Lực đàn hồi lò xo và định luật Húc là gì. Lực đàn hồi của lò xo là lực xuất hiện khi một lò xo bị biến dạng từ trạng thái ban đầu của nó và sau đó trở lại trạng thái ban đầu sau khi lực biến dạng bị loại bỏ. Lực đàn hồi xuất hiện do sự biến đổi của lò xo, khi một lực nào đó (thường là lực nén hoặc kéo) tác động lên nó.

Đặc điểm quan trọng của lò xo là khả năng của nó để lưu trữ năng lượng trong quá trình biến đổi và trả lại năng lượng này khi nó trở về trạng thái ban đầu. Lò xo có xu hướng trở lại trạng thái cân bằng của nó và tạo ra một lực đối diện với lực đã làm biến dạng nó. Điều này được mô tả bởi Định luật Hooke, trong đó lực đàn hồi (F) tỷ lệ thuận với độ biến dạng (x) của lò xo và hằng số đàn hồi của nó (k):

• F = -kx

Trong đó:

• F là lực đàn hồi (Nước SI).
• k là hằng số đàn hồi của lò xo (N/m hoặc N/cm, tùy thuộc vào đơn vị sử dụng).
• x là độ biến dạng của lò xo (m hoặc cm, tùy thuộc vào đơn vị sử dụng).

Lò xo thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng cơ khí, như trong lò xo trên xe hơi, các thiết bị cơ khí, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác, nhờ vào khả năng của chúng trong việc lưu trữ và trả lại năng lượng một cách hiệu quả.

2. Hướng và điểm đặt của lực đàn hồi

Tiếp theo bài viết định luật Húc là gì là shướng và điểm đặt của lực đàn hồi.

2.1. Hướng của lực đàn hồi:

Hướng của lực đàn hồi luôn trái ngược với hướng của biến dạng. Nghĩa là nếu bạn nén lò xo (biến dạng nó bằng cách nén), thì lực đàn hồi sẽ xuất hiện để đẩy lò xo ra ngoài. Ngược lại, nếu bạn kéo lò xo (biến dạng nó bằng cách kéo), thì lực đàn hồi sẽ xuất hiện để đẩy lò xo vào bên trong. Điều này được thể hiện trong Định luật Hooke’s Law:

• F = -kx

Trong đó, dấu trừ “-” cho thấy rằng lực đàn hồi luôn đối diện với hướng của biến dạng (x).

2.2. Điểm đặt của lực đàn hồi:

Điểm đặt của lực đàn hồi là vị trí hoặc điểm mà lực đàn hồi được áp dụng lên cơ thể hoặc vật thể bị biến dạng. Trong trường hợp lò xo, điểm đặt của lực đàn hồi thường nằm tại một trong hai đầu của lò xo.

• Khi bạn nén lò xo, điểm đặt của lực đàn hồi là phía đầu của lò xo mà bạn đang nén.
• Khi bạn kéo lò xo, điểm đặt của lực đàn hồi là phía đầu của lò xo mà bạn đang kéo.

Điểm đặt này có thể di chuyển tùy theo cách bạn biến đạng lò xo.

3.  Bài tập có đáp án của định luật Húc

Bài tập 1: Một quả bóng (vật A) đang trượt với vận tốc 5 m/s trên một bãi biển. Quả bóng đâm vào một tường và bật lại với vận tốc 3 m/s. Tính độ biến đổi động lượng của quả bóng trong va chạm với tường.

Lời giải:

Theo định luật bảo toàn động lượng, tổng động lượng ban đầu và tổng động lượng cuối cùng của hệ thống là không đổi. Ta có:

• Động lượng ban đầu (p_initial) của vật A = khối lượng (m) x vận tốc ban đầu (v_initial) của vật A
• Động lượng cuối cùng (p_final) của vật A = khối lượng (m) x vận tốc cuối cùng (v_final) của vật A

Suy ra:

• p_initial = m * v_initial = m * 5 m/s
• p_final = m * v_final = m * 3 m/s

Độ biến đổi động lượng (Δp) của vật A = p_final – p_initial = (m * 3 m/s) – (m * 5 m/s) = m * (-2 m/s)

Vậy, độ biến đổi động lượng của quả bóng trong va chạm với tường là -2m/s.

Bài tập 2: Hai quả bóng, một có khối lượng 0,2 kg và vận tốc 4 m/s và một có khối lượng 0,3 kg và đứng yên, va chạm với nhau. Tính vận tốc của hai quả bóng sau va chạm.

Lời giải:

Ta sử dụng định luật bảo toàn động lượng:

• Tổng động lượng ban đầu = Tổng động lượng cuối cùng
• (p1_initial + p2_initial) = (p1_final + p2_final)
• (p1_initial) + (p2_initial) = (p1_final) + (p2_final)
• (m1 * v1_initial) + (m2 * v2_initial) = (m1 * v1_final) + (m2 * v2_final)
• (0.2 kg * 4 m/s) + (0.3 kg * 0 m/s) = (0.2 kg * v1_final) + (0.3 kg * v2_final)
• 0.8 kg m/s = 0.2 kg * v1_final + 0 kg * v2_final
• 0.8 kg m/s = 0.2 kg * v1_final
• v1_final = (0.8 kg m/s) / (0.2 kg) = 4 m/s

Vậy, vận tốc của quả bóng 1 sau va chạm là 4 m/s.

Bài tập 3: Một con tàu với khối lượng 2000 kg chạy với vận tốc 12 m/s. Nếu phanh tàu được áp dụng và nó dừng lại sau một quãng đường 50 m, tính lực phanh cần thiết.

Lời giải:

Ta sử dụng định luật bảo toàn động lượng:

• Tổng động lượng ban đầu = Tổng động lượng cuối cùng
• (p_initial) = (p_final)
• (m * v_initial) = (m * v_final)
• (2000 kg * 12 m/s) = (2000 kg * 0 m/s) [vì tàu đã dừng lại]

Tổng lực phanh (F) được áp dụng để dừng tàu:

• F = Δp/Δt
• F = (p_final – p_initial) / Δt
• F = (0 – (2000 kg * 12 m/s)) / (50 m)
• F = (-24000 kg m/s) / (50 m)
• F = -480 N

Lực phanh cần thiết là 480 N (lực này đối diện với hướng chuyển động của tàu).

Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa đã trình bày về định luật Húc là gì và tính chất đàn hồi của lò xo trong bài viết này. Hy vọng rằng những giải thích này sẽ hữu ích cho các em trong quá trình học tập. Chúng tôi chân thành cảm ơn các em đã dành thời gian để đọc bài viết này. Nếu còn thắc mắc, hãy liên hệ HOTLINE 1900 2276.