Lực lò xo
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| Hooke's law/hʊks lɔː/ | định luật Hooke |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | Tọa độ |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | hằng số lò xo |
| restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ | lực hồi phục |
| in parallel/ɪn ˈpærəlel/ | nối song song |
| in series/ɪn ˈsɪəriːz/ | nối nối tiếp |
Càng kéo nhiều, lực kéo càng mạnh
- Kéo lò xo một chút, nó pull lại nhẹ nhàng; kéo gấp đôi khoảng cách, nó pull lại gấp đôi lực.
- Thả ra, nó bật trở về vị trí cân bằng mỗi lần.
- Sự phản hồi tỉ lệ gọn gàng này khiến lò xo trở nên dễ dự đoán.
- Đây cũng là công thức cho mọi dao động trong vật lý.
Định luật Hooke
- Định luật Hooke mô tả một lò xo lý tưởng:
- Lực tỉ lệ thuận với độ dãn hoặc nén của lò xo.
- Dấu trừ cho biết lực luôn hướng về phía điểm cân bằng.
Chọn tất cả các phát biểu đúng về một lò xo lý tưởng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Hai điều đầu tiên là định luật Hooke. Điều thứ ba thì ngược lại -- một lò xo cứng hơn có $k$ lớn hơn.
Độ cứng và độ dịch chuyển
- Hệ số lò xo $k$ đo độ cứng -- một $k$ lớn hơn nghĩa là lò xo cứng hơn.
- Độ dịch chuyển $x$ được đo từ chiều dài nghỉ tự nhiên của lò xo.
- Trong đồ thị biểu diễn lực theo độ dịch chuyển, $k$ chính là độ dốc.
Định luật Hooke: F = -kx
Tăng lực và quan sát lò xo dãn ra theo tỷ lệ -- độ dốc là hằng số lò xo k.
Một lực $6\ \text{N}$ làm dãn một lò xo dài thêm $0.30\ \text{m}$. Hằng số lò xo của nó là bao nhiêu (đơn vị N/m)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$k = F/x = 6/0.30 = 20\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
Trong biểu đồ lực theo độ lệch, hằng số lò xo là ____ của đường thẳng.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Vì $F = kx$ (độ lớn), đồ thị là một đường thẳng có độ dốc là $k$.
Một lực hồi phục
- Vì nó luôn hướng về phía giữa, lực lò xo là một lực hồi phục.
- Kéo sang phải → nó kéo sang trái; nén sang trái → nó đẩy sang phải.
- Xu hướng "trở về trung tâm" liên tục này chính là động lực khiến khối vật gắn lò xo thực hiện dao động.
Bạn kéo dãn một lò xo sang bên phải. Lực lò xo hướng về...
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Lực hồi phục luôn oppose độ lệch -- kéo dãn sang phải, nó kéo sang trái.
Dấu trừ trong $F_s = -kx$ cho thấy lực lò xo oppose độ lệch.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Có -- dấu hiệu mã hóa "hồi phục" hướng, luôn quay về phía vị trí cân bằng.
Kết hợp các lò xo
- Các lò xo nối song song (bên cạnh nhau) hoạt động cứng hơn: $k_{eq} = k_1 + k_2$.
- Các lò xo nối nối tiếp (đầu nối đuôi) hoạt động mềm hơn: $\dfrac{1}{k_{eq}} = \dfrac{1}{k_1} + \dfrac{1}{k_2}$.
- Điều này hoàn toàn ngược lại với cách ghép điện trở.
Hai lò xo giống nhau có $k = 100\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ được đặt nối song song. Hằng số lò xo tương đương là bao nhiêu (đơn vị N/m)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Các lò xo nối song song cộng lại, tạo ra $k_{eq} = 100 + 100 = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ -- cứng hơn khi ghép chung.
Một lò xo dãn $0.20\ \text{m}$ khi có một lực $10\ \text{N}$ kéo nó.
- Hệ số lò xo: $k = \dfrac{F}{x} = \dfrac{10}{0.20} = 50\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
- Kéo dãn gấp đôi ($0.40\ \text{m}$) và nó pull lại với $20\ \text{N}$ -- luôn hướng về vị trí nghỉ.
Dấu trừ trong $F_s = -kx$ không phải trang trí -- nó mã hóa hướng. Lực lò xo chưa bao giờ cùng hướng với lực kéo của bạn; nó luôn chống lại độ dịch chuyển. Bỏ dấu đi, bạn sẽ mất hẳn ý nghĩa "hồi phục".
Định luật Hooke: $F_s = -kx$ -- lực của lò xo tỉ lệ thuận với độ dịch chuyển và luôn hướng về cân bằng (là một lực hồi phục). Hệ số lò xo $k$ là độ cứng (độ dốc của $F$ theo $x$). Lò xo nối song song cộng độ cứng; lò xo nối nối tiếp làm mềm đi.