Sự thay đổi kích thước và hình dạng của vật rắn do tác dụng của ngoại lực gọi là biến dạng cơ. Nếu vật rắn lấy lại được kích thước và hình dạng ban đầu khi ngoại lực ngừng tác dụng thì biến dạng của vật rắn gọi là biến dạng đàn hồi
1. Biến dạng đàn hồi là gì?
1.1. Định nghĩa:
– Biến dạng đàn hồi là những biến dạng có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chưa có lực tác dụng vào. Lực xuất hiện khi
Sự thay đổi kích thước và hình dạng của vật rắn do tác dụng của ngoại lực gọi là biến dạng cơ. Nếu vật rắn lấy lại được kích thước và hình dạng ban đầu khi ngoại lực ngừng tác dụng thì biến dạng của vật rắn gọi là biến dạng đàn hồi và vật rắn đó có tính đàn hồi.
Ví dụ 3: Dùng tay dấn nhẹ hai đầu thước kẻ nhựa, làm thước biến dạng. Khi buông tay ra, thước kẻ lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu, nên biến dạng của thước là biến dạng đàn hồi.
+ Đối với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn. Vì thế lực đàn hồi trong trường hợp này gọi là lực căng.
+ Đối với mặt tiếp xúc bị biến dạn khi bị ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.
Ví dụ 4 : Dùng tay bấm bút bi, ngừng tác dụng lực vào vật thì thấy lò xo bên trên vỏ bút bi có khả nang trở về hình dạng ban đầu ta có kết luận lò xo bút bi là vật có tính chất đàn hồi.
1.2. Biến dạng của một lò xo:
Lò xo là một vật đàn hồi, sau khi nén hoặc giãn nó một cách vừa phải, nếu buông ra thì chiều dài của nó lại trở lại bằng chiều dài tự nhiên. Biến dạng của lò xo có đặc tính như trên là biến dạng đàn hồi và lò xo là vật có tính đàn hồi.
Ví dụ 1: Dùng tay ấn nhẹ một lò xo nhỏ (trong ruột bút bi) làm lò xo bị biến dạng, rồi buông ra, lò xo lấy lại được kích thước và hình dạng ban đầu nên biến dạng của lò xo là biến dạng đàn hồi.
Ví dụ 2: Chiếc bút bi có lò xo ở đầu
Đầu bút phóng to, khi ấn nhẹ, lò xo bị biến dạng nén, khi buông tay, lò xo lấy lại được kích thước và hình dạng ban đầu.
1.3. Độ biến dạng của lò xo:
Độ biến dạng của lò xo là hiệu giữa chiều dài sau khi biến dạng và chiều dài tự nhiên của lò xo: l – lo
( Trong đó: lo là chiều dài tự nhiên, l là chiều dài sau khi biến dạng)
Vật đàn hồi sẽ lấy lại hình dạng ban đầu khi lực gây ra biến dạng đàn hồi ngừng tác dụng.
Chú ý: Khi lò xo bị biến dạng nén thì độ biến dạng là hiệu độ dài tự nhiên và độ dài của lò xo khi bị nén.
2. Lực đàn hồi và đặc điểm của lực đàn hồi:
– Lực đàn hồi là lực mà vật biến dạng khi biến dạng tác dụng lên vật
– Đặc điểm của lực đàn hồi:
+ Khi lò xo bị nén hoặc kéo dãn, thì nó sẽ tác dụng lực đàn hồi nên các vật tiếp xúc với hai đầu của nó
+ Độ biến dạng càng lớn thì lực biến dạng càng lớn
3. Giới hạn đàn hồi:
Giới hạn trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi của nó gọi là giới hạn đàn hồi.
Khi vật rắn chịu tác dụng của lực quá lớn thì nó bị biến dạng mạnh, không thể lấy lại kích thước và hình dạng ban đầu. Trường hợp này vật rắn bị mất tình đàn hồi và biến dạng của nó là biến dạng không đàn hồi (hay biến dạng dẻo).
Ví dụ: Dùng tay kéo dãn mạnh một lò xo, làm lò xo bị dãn dài nhiều và không lấy lại được hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực. Như vậy, biến dạng của lò xo là không đàn hồi và đã vượt quá giới hạn đàn hồi.
4. Công thức tính lực đàn hồi:
Độ lớn lực đàn hồi Fdh trong vật rắn tỉ lệ thuận với độ biến dạng |∆l| =|l – l0| của vật rắn.
Công thức: Fdh = k.|∆l|, với 
Trong đó,
E là suất đàn hồi, có đơn vị là paxcan (Pa);
k là độ cứng của vật rắn phụ thuộc vào chất liệu và kích thước của vật đó, có đơn vị là Niuton trên mét (N/m);
S là tiết diện của thanh, có đơn vị mét vuông (
l0 là chiều dài ban đầu của thanh, có đơn vị mét (m).
Ví dụ: Một sợi dây thép đường kính 1,5 mm có độ dài ban đầu là 5,2 m. Tính hệ số đàn hồi của sợi dây thép, biết suất đàn hồi của thép là E = 2.1011 Pa.
Giải:
Hế số đàn hồi của sợi dây thép là
5. Luyện tập:
Câu 1: Lực nào dưới đây là lực đàn hồi?
A. trọng lực của một quả nặng
B. lực hút của một nam châm tác dụng lên một miếng sắt
C. Lực đẩy của lò xo dưới yên xe đạp
D. lực kết dính giữa một tờ giấy dán trên bảng và mặt bảng
Lời giải:
Chọn C
Vì lực đàn hồi là lực mà lò xo khi biến dạng tác dụng vào vật.
Câu 2: Bằng cách nào em có thể nhận biết được mọi vật có tính chất đàn hồi hay không đàn hồi. Hãy nêu một ví dụ minh họa
Lời giải:
Để nhận biết một vật có tính đàn đàn hồi: làm cho vật bị biến dạng, khi ngừng tác dụng lực gây ra biến dạng thì xem vật có trở lại hình dạng ban đầu hay không, nếu vật trờ lại hình dáng ban đầu thì vật có tính chất đàn hồi. Ví dụ: ta dùng tay đè lên một dây cao su, thấy dây cao su bị biến dạng. Không dùng tay tác động lên dây thì sau một thời gian dây lại trở lại hình dạng ban đầu
Câu 3: Biến dạng của vật nào dưới đây là biến đạng đàn hồi?
A.
B. sợi dây đồng
C. sợi dây cao su
D. quả ổi chín
Lời giải:
Chọn C
Vì khi ta tác dụng vào sợi dây cao su một lực, sợi dây bị biến dạng, khi thôi tác dụng lực vào sợi dây thì sợi dây trở về dạng cũ nên nó có tính đàn hồi.
Câu 4: Treo thẳng đứng một lò xo, đầu dưới gắn với một quả cân 100g thì lò xo có độ dài là 11cm, nếu thay bằng quả cân 200g thì lò xo có độ dài 11,5cm. Hỏi nếu treo quả cân 500g thì lò xo có độ dài là bao nhiêu ?
A. 12cm B. 12,5cm C. 13cm D. 13,5cm
Lời giải:
Chọn C.
Cứ treo thêm 100g thì độ dài thêm của lò xo là: 11,5 -11 = 0,5cm.
Suy ra: Chiều dài ban đầu của lò xo là: 11 – 0,5 = 10,5cm.
Cứ treo 500g thì độ dài thêm của lò xo là: 5.0,5 = 2,5cm.
Vậy nếu treo quả cân 500g thì lò xo có độ dài là: 10,5 + 2,5 = 13cm.
Câu 5: Nếu treo một quả gân 1kg vào một cái “cân lò xo” thì lò xo của cân có độ dài 10cm. Nếu treo quả cân 0,5kg thì lò xo có độ dài 6cm. Hỏi nếu treo quả cân 200g thì lò xo sẽ có độ dài bao nhiêu?
A.7,6cm B.5cm C.3,6cm D.2,4cm
Lời giải:
Chọn C.
Gọi l0 là chiều dài ban đầu của lò xo.
Ta có độ biến dạng khi treo quả cân 1 kg là 10 – l0 và khi treo quả cân 0,5kg là 6 – l0.
Vì độ biến dạng tỉ lệ với khối lượng các quả cân treo vào nên ta có:
Gọi l là chiều dài khi treo quả cân 200g = 0,2kg, ta có độ biến dạng khi treo quả cân 200g là: l – l0 = l – 2.
Theo tính chất độ biến dạng tỉ lệ với khối lượng các quả cân treo vào nên ta có:
Câu 6. Nếu treo một quả cân 100g vào một sợi dây cao su thì khi đã đứng yên quả cân chịu tác dụng
A. chỉ của trọng lực có độ lớn là 1N
B. chỉ của lực đàn hồi có độ lớn là 10N
C. của trọng lực có độ lớn 1N và lực đàn hồi có độ lớn 1N
D. của trọng lực có độ lớn 1N và lực đàn hồi có độ lớn 10N
Lời giải:
Chọn C
Khi đứng yên thì trọng lực của quả cân có độ lớn bằng độ lớn lực đàn hồi của quả cân.
Câu 7:Tại sao vận động viên môn thể thao nhảy cầu lại phải nhún nhiều lần trên tấm nhún làm bằng chất đàn hồi trước khi nhảy xuống nước?
Lời giải:
Nhún nhiều lần để tăng độ mạnh của lực đàn hồi do tấm nhún tác dụng lên người, làm cho người có thể tung lên cho cao một cách nhẹ
Câu 8: Lò xo không bị biến dạng khi
A. dùng tay kéo dãn lò xo
B. dùng tay ép chặt lò xo
C. kéo dãn lò xo hoặc ép chặt lò xo
D. dùng tay nâng lò xo lên
Đáp án
– Khi dùng tay kéo dãn lò xo thì lò xo bị biến dạng dãn.
– Khi dùng tay ép chặt lò xo thì lò xo bị biến dạng nén.
– Khi kéo dãn lò xo hoặc ép chặt lò xo thì có biến dạng dãn hoặc nén.
– Khi nâng lò xo lên thì lò xo không biến dạng
⇒ Đáp án D
Câu 9: Lực đàn hồi có đặc điểm
A. không phụ thuộc vào độ biến dạng.
B. độ biến dạng tăng thì lực đàn hồi giảm.
C. phụ thuộc vào
D. độ biến dạng tăng thì lực đàn hồi tăng.
Đáp án
Độ lớn của lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng và độ biến dạng càng lớn thì độ lớn lực đàn hồi càng lớn ⇒ Đáp án D
Câu 10: Lực nào trong các lực dưới đây không phải là lực đàn hồi?
A. Lực mà lò xo bút bi tác dụng vào ngòi bút.
B. Lực của quả bóng tác dụng vào tường khi quả bóng va chạm với tường.
C. Lực của giảm xóc xe máy tác dụng vào khung xe máy.
D. Lực nâng tác dụng vào cánh máy bay khi máy bay chuyển động.
Đáp án
Lực nâng tác dụng vào cánh máy bay khi máy bay chuyển động không phải là lực đàn hồi ⇒ Đáp án D
Câu 11: Một lò xo xoắn có độ dài ban đầu là 20 cm. Khi treo một quả cân, độ dài của lò xo là 22 cm. Nếu treo ba quả cân như thế thì lò xo bị dãn ra so với ban đầu một đoạn là:
A. 4 cm
B. 6 cm
C. 24 cm
D. 26 cm
Đáp án
Câu 12: Treo đầu trên của lò xo vào một điểm cố định. Khi đầu dưới của lò xo để tự do, lò xo có chiều dài 10 cm. Khi treo vào đầu dưới của lò xo một quả cân 100g thì lò xo có chiều dài 14 cm. Hỏi khi tác dụng vào đầu dưới lò xo một lực kéo 2N hướng dọc theo chiều dài lò xo thì lò xo bị kéo dãn có chiều dài bằng bao nhiêu?
Đáp án
– Khi treo thêm vật 100g thì lò xo dãn thêm 4cm tương đương với tác dụng lực 1N thì lò xo dãn 4cm.
– Vì độ lớn lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ biến dạng nên ta có:
– Chiều dài lò xo lúc này là:
Câu 13: Treo thẳng đứng một lò xo, đầu dưới gắn với một quả cân 100g thì lò xo có độ dài là 11 cm, nếu thay bằng quả cân 200g thì lò xo có độ dài là 11,5 cm. Hỏi nếu treo quả cân 500 g thì lò xo có độ dài bằng bao nhiêu?
Đáp án
– Khi treo vật khối lượng 100g lò xo dài 11 cm, khi treo vật 200g lò xo dài 11,5 cm. Vậy cứ treo 100g thì độ dài thêm của lò xo là 11,5 – 11 = 0,5 cm.
– So với khi treo vật 100g thì vật 500g hơn 400g nên độ dãn thêm của vật 500g hơn vật 100g là 2 cm.
– Chiều dài khi treo vật 500g là: 11 + 2 = 13 cm.
Câu 14: Khi treo một quả nặng vào đầu dưới của một lò xo thì chiều dài lò xo là 98 cm. Biết độ biến dạng của lò xo khi đó là 2 cm. Hỏi chiều dài tự nhiên của lò xo là bao nhiêu?
Đáp án
– Chiều dài tự nhiên là chiều dài lò xo khi chưa bị biến dạng.
– Khi treo vật nặng vào lò xo, lò xo dãn ra thêm 2 cm, lúc này lò xo dài 98 cm nên chiều dài khi chưa biến dạng (chiều dài tự nhiên) là:
Áp dụng công thức:
