Bài 9: Lực đàn hồi

I. Lý thuyết

1. Biến dạng đàn hồi. Độ biến dạng

- Biến dạng đàn hồi: Khi chịu tác dụng của lực, hình dạng ban đầu của vật bị thay đổi thì vật đó bị biến dạng. Nếu khi không còn tác dụng của lực nữa, vật đó có thể trở về hình dạng ban đầu, ta nói biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi. Vật có tính chất như vậy gọi là vật có tính đàn hồi.

- Độ biến dạng: Một lò xo một đầu được móc vào một cái giá.

      + Chiều dài ban đầu của nó là  .

      + Sau khi treo vào đầu kia một quả nặng, chiều dài của nó là  .

Thì độ biến dạng của lò xo khi đó: 

2. Lực đàn hồi

Lực của vật có tính đàn hồi xuất hiện khi bị biến dạng tác dụng lên vật khác (vật mà nó tiếp xúc) được gọi là lực đàn hồi.

Ví dụ: Lực của lò xo tác dụng lên quả nặng ở trường hợp vừa nêu trên là lực đàn hồi.

3. Những đặc điểm của lực đàn hồi

- Độ lớn của lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng của vật đàn hồi: Độ biến dạng càng lớn (trong giới hạn cho phép) thì độ lớn của lực đàn hồi càng lớn. Ngược lại, độ biến dạng càng nhỏ thì độ lớn của lực đàn hồi càng nhỏ.

Treo lần lượt các quả nặng vào đầu dưới của lò xo. Khi trọng lượng của quả nặng tăng ⇒ độ biến dạng của lò xo tăng. Mà cường độ lực đàn hồi của lò xo bằng cường độ của trọng lực ⇒ Khi độ biến dạng của lò xo tăng, lực đàn hồi của lò xo cũng tăng.

- Độ lớn của lực đàn hồi còn phụ thuộc vào bản chất của vật đàn hồi. Vật đàn hồi thường được làm bằng thép hoặc đồng thau, vì thép và đồng thau có tính đàn hồi rất tốt.

Lưu ý: Lò xo là vật có tính đàn hồi, khi ta kéo nó một lực lớn (quá giới hạn cho phép) thì lò xo giãn ra quá mức, khi đó nó không thể trở về hình dạng và kích thước ban đầu được, nó đã bị mất tính đàn hồi.

4. Ứng dụng thực tế

Bộ phận quan trọng của thiết bị này là chiếc lò xo. Khi đẩy cánh cửa mở ra, lò xo bị biến dạng. Khi đi ra xa khỏi cửa, lực đàn hồi của lò xo kéo cánh cửa tự động khép lại

II. Phương pháp giải

Cách xác định độ lớn của lực đàn hồi

- Dựa vào hiện tượng ta xác định lực cân bằng với lực đàn hồi.

- Xác định độ lớn của lực cân bằng đó.

- Dựa vào yếu tố của hai lực cân bằng ta xác định được độ lớn của lực đàn hồi đúng bằng độ lớn của lực cân bằng với nó.

III. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Lực nào sau đây là lực đàn hồi?

A. Lực nam châm hút đinh sắt.

B. Lực hút của Trái Đất

C. Lực gió thổi vào buồm làm thuyền chạy.

D. Lực đẩy cung tác dụng vào mũi tên làm mũi tên bắn đi.

Bài 2: Phát biểu nào sau đây về lực đàn hồi của một lò xo là đúng?

A. Độ biến dạng của lò xo càng nhỏ thì lực đàn hồi càng nhỏ.

B. Chiều dài của lò xo khi bị kéo dãn càng nhỏ thì lực đàn hồi càng lớn.

C. Trong hai trường hợp lò xo có chiều dài khác nhau: trường hợp nào lò xo dài hơn thì lực đàn hồi mạnh hơn.

D. Chiều dài của lò xo khi bị kéo dãn càng lớn thì lực đàn hồi càng nhỏ.

Bài 3: Các vật nào sau đây có tính chất đàn hồi?

A. Một tờ giấy bị gấp đôi

B. Một thanh sắt

C. Một cục đất sét

D. Lò xo

Bài 4: 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

Bài 5: 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 môi trường bên ngoài.

D. độ biến dạng tăng thì lực đàn hồi tăng.

Bài 6: 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.

Bài 7: 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

Bài 8: 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:

Bài 9: 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?

Bài 10: 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:

Câu 11 : Lực đàn hồi của lò xo:

A. Chỉ xuất hiện khi lò xo bị kéo dãn ra.

B. Chỉ xuất hiện khi lò xo bị nén vào.

C. Luôn luôn xuất hiện trên lò xo.

D. Xuất hiện ngay cả khi lò xo bị kéo dãn ra hay bị nén vào.

Đáp án

Đáp án D

Giải thích: Lực đàn hồi của lò xo xuất hiện khi lò xo bị biến dạng, tức là xuất hiện ngay cả khi lò xo bị kéo dãn hay bị nén vào.

Câu 12 : Chọn câu đúng:

A. Mọi vật đàn hồi đều có giới hạn đàn hồi của nó.

B. Lò xo là một vật không có giới hạn dàn hồi.

C. Giới hạn đàn hồi của lò xo chỉ có khi lò xo bị kéo dãn ra, còn khi nén vào thì không.

D. Giới hạn đàn hồi tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên vật.

Đáp án

Đáp án A

Giải thích: Mọi vật đàn hồi đều có giới hạn đàn hồi của nó.

Câu 13 : Lực nào dưới đây là lực đàn hồi:

A. Trọng lực của một vật nặng.

B. Lực bóp giữa 2 đầu ngón tay lên 2 đầu của 1 lò xo.

C. Lực bung của lò xo khi lò xo bị bóp giữa 2 đầu ngón tay.

D. Cả B và C.

Đáp án

Đáp án C

Giải thích: Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi lò xo bị biến dạng.

Khi bóp hai đầu ngón tay làm lò xo bị nén thì tay tác dụng lực nén, còn trong lò xo xuất hiện lực đàn hồi, đẩy ra. Nếu buông tay ra, lực đàn hồi của lò xo sẽ làm lò xo bung ra, trở lại hình dạng ban đầu.

Câu 14 : Chọn câu đúng trong các câu sau. (Xét trong giới hạn đàn hồi)

A. Lực đàn hồi không phụ thuộc vào độ biến dạng.

B. Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng.

C. Lực đàn hồi tăng, độ biến dạng giảm.

D. B và C đúng.

Đáp án

Đáp án B

Giải thích: Lực đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng.

Câu 15 : Chọn câu đúng trong các câu sau, khi nói về lực đàn hồi của một lò xo.

A.Lực đàn hồi có phương thẳng đứng và có chiều hướng lên trện.

B.Lực đàn hồi có phương thẳng đứng và có chiều hướng xuống.

C. Lực đàn hồi có phương trùng với trục của lò xo và ngược chiều với lực tác dụng vào nó.

D. Lực đàn hồi có phương nằm ngang và cùng chiều với lực tác dụng vào nó

Đáp án

Câu 16 : Một lò xo có chiều dài tự nhiên ban đầu là l0 = 20cm. Nếu treo một vật có khối lượng m1 = 0,4 kg thì lò xo bị dãn ra một đoạn ∆l = 2cm. Nếu treo vật có khối lượng 0,5 kg, thì độ dãn của lò xo là:

A. ∆l = 3 cm

B. ∆l = 2,5 cm

C. ∆l = 4 cm

D. ∆1 = 4,5 cm

Đáp án

Đáp án B

Giải thích:

Lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ dãn của lò xo.

Khi treo vật nặng vào lò xo, vật nặng cân bằng do chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực và lực đàn hồi. Trọng lực và lực đàn hồi cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.

Vật nặng m1 = 0, 4kg có trọng lượng 4N, làm lò xo dãn 2 cm.

Vậy mỗi 1N làm lò xo dãn 0,5 cm

Vật nặng m2 = 0,5 kg có trọng lượng 5N, làm lò xo dãn là ∆l = 5.0,5 = 2,5 cm.

Câu 17 :Treo một vật có khối lượng m vào một lò xo có chiều dài tự nhiên ban đầu là l₀, thì lò xo dãn ra một đoạn 4cm. Nếu treo một vật có khối lượng 0,6 kg thì lò xo dãn một đoạn 6cm. Khối lượng vật ban đầu là:

A. 0,4kg

B. 4N

C. 4kg

D. 5kg

Đáp án

Đáp án A

Giải thích:

Lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ dãn của lò xo.

Khi treo vật nặng vào lò xo, vật nặng cân bằng do chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực và lực đàn hồi. Trọng lực và lực đàn hồi cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.

Vật nặng m₂ = 0,6 kg có trọng lượng 6N, làm lò xo dãn 6 cm.

Vậy mỗi 1 N làm lò xo dãn 1 cm

Vật nặng m₁ làm lò xo dãn là 4 cm, vậy có trọng lượng là 4 N, tức là có khối lượng m1 = 0,4 kg.

* Một lò xo có chiều dài tự nhiên ban đầu là l₀ được treo thẳng đứng. Nếu treo vật 4N vào lò xo, thì lò xo có chiều dài 20 cm. Và nếu treo vật 6N vào thì lò xo có chiều dài 22 cm. Dựa vào dữ kiện trên để giải các câu 88 và 89.

Câu 18 :Mỗi 1 N, lò xo sẽ bị dãn một đoạn

A. 1 cm

B. 2 cm

C. 3 cm

D. 4 cm.

Đáp án

Đáp án: B

Giải thích: Độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với lực đàn hồi của lò xo.

Khi vật cân bằng, lực đàn hồi có độ lớn bằng trọng lực.

Khi treo vật có trọng lượng 4N, lò xo dài 20 cm. Khi treo vật 6N vào thì lò xo dài 22 cm, tức là dài thêm 2 cm.

Vậy lực tăng thêm 2 N thì lò xo dài thêm 2 cm, vậy mỗi 1 N, lò xo sẽ bị dãn 1 cm.

Câu 19 :Chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo là:

A. 14 cm

B. 16 cm

C. 18 cm

D. 20 cm.

Đáp án

Đáp án B

Giải thích:

Vì mỗi 1 N, lò xo dãn 1 cm, vậy khi treo vật 4 N, lò xo đã dãn 4 cm, khi đó lò xo dài 20 cm.

Chiều dài tự nhiên ban đầu của lò xo (không treo vật) là l₀ = 20 – 4 = 16 cm.

Câu 20 :Treo vật có khối lượng m = 40g vào lò xo nói trên, sau một thời gian ta thấy vật đứng yên. Lực đàn hồi của lò xo tác dụng lên vật là:

A. 40N

B. 4N

C. 0,4 N

D. 0,04 N

Đáp án

Đáp án C

Giải thích:

Khi treo vật vào làm lò xo dãn ra, vật đứng yên do chịu tác dụng của hai lực cân bằng: trọng lực và lực đàn hồi của lò xo. Hai lực này cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.

Vật có khối lượng m = 40 g, có trọng lượng 0,4 N, vì vậy lực đàn hồi có độ lớn 0,4N.