Công thức định luật Húc (HOOKE) lớp 10?

1. Khái niệm định luật Húc (HOOKE)

- Trong giới hạn đàn hồi, lò xo có độ dãn tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi lò xo và được gọi là độ cứng (hệ số đàn hồi) của lò xo.

- Lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và tác dụng vào các vật tiếp xúc (hay gắn) với lò xo, làm nó biến dạng.

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

+ Khi lò xo bị dãn, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo vào phía trong

+ Khi lò xo bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo ra ngoài

2. Công thức định luật HOOKE (Húc)

• Định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo theo biểu thức:

F_đh = k.|Δl|

Trong đó:

k : là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, đơn vị là Newton trên mét, kí hiệu N/m.

Δl: độ dãn của lò xo (m).

Với l_o là độ dài ban đầu của lò xo, l là độ dài của lò xo khi treo vật.

3. Vận dụng định luật Hooke (HÚC)

Ví dụ 1: Một lò xo có chiều dài tự nhiên 20 cm được treo thẳng đứng vào một điểm cố định. Khi treo vào đầu còn lại một vật có khối lượng 500 g, lò xo có chiều dài 22 cm khi vật ở vị trí cân bằng. Lấy g = 9,8 m/s².

a) Tính độ cứng của lò xo

b) Để giữ vật nặng cố định tại ví tri lò xo có chiều dài 19 cm, cần tác dụng một lực nang vào vật theo phương thẳng đứng có đọ lớn bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Hình câu a)

a) Độ dãn của lò xo khi vật nặng ở vị trí cân bằng là:

Δl = l – l_o = 22 – 20 =  2(cm)

Khi này, lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng lực của vật nên ta có:

F_đh = P = m.g = 0,5.9,8 = 4,9 (N)

Từ công thức định luật Hooke, ta có: 

Hình câu b)

b) Khi nén vật, có ba lực tác dụng theo phương thẳng đứng: Trọng lực có chiều hướng xuống, lực đàn hồi của lò xo lúc này có chiều hướng xuống vì lò xo bị nén so với chiều dài tự nhiên và lực nâng của tay hướng lên.

Khi này, lực đàn hồi có độ lớn:

F_đh = k.|Δl| = 245.|0,19 – 0,2| = 2,45 (N)

Do vật đứng yên nên lực tổng hợp tác dụng vào vật triệt tiêu, dựa vào phân tích lực, ta suy ra được lực nâng của nay có độ lớn:

F = P + F_đh = mg + F_đh = 4,9 + 2,45 = 7,35 (N)

Ví dụ 2: Người ta dùng hai lò xo. Lò xo thứ nhất khi treo vật 9 kg có độ dãn 12cm. Lò xo thứ hai khi treo vật 3 kg thì có độ dãn 4cm. Hãy so sánh độ cứng của hai lò xo? Lấy g =10m/s². 

Lời giải:

Khi ở vị trí cân bằng F = P ⇒ kΔl = mg 

Với lò xo một: k₁Δl₁ = m₁g ⇒ k₁.0,12 = 6g   (1)

Với lò xo hai: k₂Δl₂ = m₂g ⇒ k₂.0,04 = 2g    (2)

Lập tỉ số (1) và (2) ta được: 

Vậy hai độ cứng của hai lò xo bằng nhau

Ví dụ 3: Một lò xo có chiều dài tự nhiên 40cm được treo thẳng đứng. Đầu trên cố định đầu dưới treo một quả cân 500g thì chiều dài của lò xo là 45cm. Hỏi khi treo vật có m = 600g thì chiều dài lúc sau là bao nhiêu? Cho g = 10m/s².

Lời giải:

Khi lò xo ở vị trí cân bằng, ta có: F = P ⇔ kΔl = mg 

Khi treo vật có m = 600g = m', vật ở vị trí cân bằng thì:

F' = P ⇔ k(l' - l_o) = m'g 

⇔ 100(l' - 0,4) = 0,6.10

⇒ l' = 0,46 (m) = 46 (cm)