Thế năng đàn hồi của lò xo.

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: Thế năng đàn hồi là năng lượng mà vật có được do sự biến dạng đàn hồi của lò xo.

Đơn vị tính: Joule - viết tắt (J).

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.

Trường hợp lò xo treo thằng đứng:

Tại vị trí cân bằng: 

$$\begin{gathered} P=F_{dh} \\ \Rightarrow mg=k.∆l_0 \end{gathered}$$

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

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

Chú thích:

P: trọng lực tác dụng (N).

Fđh: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

$∆l_0$: độ biến dạng ban đầu của lò xo (m)

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

$l_0$: chiều dài tự nhiên của lò xo - khi chưa có lực tác dụng (m).

Giải thích:

- Độ biến dạng của lò xo là hiệu số giữa chiều dài ở trạng thái đang xét và chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo $\left(l_o\right)$.

- Nếu $l>l_o$=> lò xo đang bị dãn và sẽ tác dụng lực kéo.

- Nếu $l<l_o$ => lò xo đang bị nén và sẽ tác dụng lực đẩy.

Hình 1: Lò xo đang bị nén dưới tác dụng của trọng lực do quả nặng M gây ra $(l<l_o)$

Hình 2: Lò xo đang bị dãn dưới tác dụng của trọng lực do quả nặng m gây ra$(l>l_o)$

Chú thích:

$\Delta l$: độ biến dạng của lò xo $\left(m\right)$.

$l_o$: chiều dài tự nhiên - chiều dài ban đầu của lò xo $\left(m\right)$.

$l$: chiều dài lúc sau của lò xo $\left(m\right)$.

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)