– Khi không có ngoại lực tác dụng, vật rắn có kích thước và hình dạng xác định. Khi có ngoại lực tác dụng, vật rắn thay đổi hình dạng và kích thước, ta nói vật rắn bị biến dạng.

– Như vậy, khi có tác dụng của ngoại lực, vật rắn sẽ bị biến dạng.

– Mức độ biến dạng phụ thuộc vào độ lớn của ngoại lực.

– Khi không còn tác dụng của ngoại lực, nếu vật rắn lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu thì biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi.

– Giới hạn mà trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi được gọi là giới hạn đàn hồi của vật rắn.

– Khi vật chịu tác dụng của cặp lực nén ngược chiều nhau, vuông góc với bề mặt của vật và hướng vào phía trong vật, ta có biển dạng nén (Hình 33.2b).

– Khi vật chịu tác dụng của cặp lực kéo ngược chiều nhau, vuông góc với bề mặt của vật và hướng ra phía ngoài vật, ta có biến dạng kéo (Hình 33.2c).

a) Khi chưa bị biến dạng

b) Khi bị biến dạng nén

c) Khi bị biến dạng kéo

Hình 33.2. Một số hình dạng của vật rắn

a. Lực đàn hồi của lò xo

Khi ta nén hoặc kéo hai đầu lò xo, tay ta cũng chịu tác dụng các lực từ phía lò xo. Các lực này ngược chiều với lực tay tác dụng vào lò xo và được gọi là lực đàn hồi của lò xo. Lực đàn hồi của lò xo chống lại nguyên nhân làm nó biến dạng và có xu hướng đa nó về hình dạng và kích thước ban đầu

b. Định luật Hooke

– Hình 33.3 là đồ thị về sự phụ thuộc độ lớn của lực đàn hồi vào độ biến dạng của lò xo:

Hình 33.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lực đàn hồi vào độ dãn của lò xo

– Đoạn OA trên đồ thị cho biết sự phụ thuộc độ lớn của lực đàn hồi F_đh vào độ biến dạng \({\Delta l}\) là tuyến tính, ta có thể viết sự phụ thuộc này bằng biểu thức toán học: F_đh = \(k\left| {\Delta l} \right|\)        (33.1)

– Biểu thức trên là biểu thức của định luật Hooke: “Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo”.

– Trong biểu thức trên, k là một hằng số với một lò xo xác định, được gọi là hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo, phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và vật liệu của lò xo. Trong hệ SI, k có đơn vị là N/m.

– Phần đồ thị ngoài đoạn thẳng OA ứng với lực đặt vào vượt quá giới hạn đàn hồi của lò xo. Khi đó lực đàn hồi không còn tỉ lệ thuận với độ biến dạng nữa. Nếu treo vật nặng có khối lượng quá lớn, tính đàn hồi của lò xo sẽ bị phá huỷ.

Bài tập ví dụ

Một lò xo bố trí theo phương thẳng đứng và có gắn vật nặng khối lượng 200 g. Khi vật treo ở dưới (Hình 33.4a) thì lò xo dài 17 cm, khi vật đặt ở trên (Hình 33.4b) thì lò xo dài 13 cm. Lấy g = 10 m/s² và bỏ qua trọng lượng của móc treo, giá đỡ vật nặng. Tính độ cứng của lò xo.

Hình 33.4

Giải

Trong hai trường hợp, vật nặng chịu tác dụng của lực đàn hồi và trọng lực.

Khi vật treo ở dưới lò xo: F_đh1 = P → k|l_o – 0,17| = mg (1)

Khi đặt vật ở trên lò xo: F_đh2 = P → k|l_o – 0,13| = mg (2)

Từ (1) và (2)→ l_o = 0,15 mg.

Thay vào (1) hoặc (2), tính được k= 100 N.