Định luật Hooke: Ứng dụng & cách tính công thức (2022)

0
46

Khi nhắc đến lò xo và lực tác dụng thì phải nhắc đến định luật Hooke, hay còn gọi tên tiếng Việt là định luật Hooke. Vậy định luật Hooke là gì? Ứng dụng và cách tính công thức như thế nào ? Hãy cùng tìm hiểu sau đây nhé:

Định luật Hooke là gì?

khai niem dinh luat hooke

Đầu tiên, vì định luật Hooke (trong bài mình sẽ dùng Húc hoặc Hooke để anh em tiện hiểu nhé) gắn liền với giới hạn đàn hồi, hướng và điểm đặt cũng như lực đàn hồi của lò xo. Nên cùng tìm hiểu sơ qua trước khi đến với định luật Hooke để nắm rõ và áp dụng cho đúng nhé:

→ Lực đàn hồi của lò xo

luc dan hoi cua lo xo

Ví dụ, khi ta ấn vào hai đầu của lò xo, thì lò xo sẽ tác động vào tay ta một lực, lực đó gọi là lực đàn hồi. Nếu lực của tay tác động lên hai đầu lò xo quá lớn, thì lò xo sẽ biến dạng và không quay trở về trạng thái ban đầu. Vậy lực đàn hồi sẽ xuất hiện ở hai đầu của lò xo và tác động vào vật tiếp xúc, vật làm cho lò xo bị biến dạng.

→ Hướng và điểm đặt của lực đàn hồi

Để tìm được lực đàn hồi thì phải tìm được hướng và điểm đặt của lực đàn hồi. Hướng của lực đàn hồi sẽ ngược chiều so với hướng lực bên ngoài tác động làm lò xo thay đổi.

Để dễ hiểu, hãy hình dung khi tay nén hai đầu lò xo vào thì hướng của lực đàn hồi sẽ ngược lại với lực nén của tay. Còn khi tay kéo  giãn hai đầu lò xo, thì lực đàn hồi sẽ ngược vào thân lò xo để kéo lò xo lại về hình dạng ban đầu.

huong va diem dat cua luc dan hoi

Điểm đặt của lực đàn hồi là nơi tác động lực lên lò xo, hay có vật nào tác động lên đầu của lò xo thì vị trí tác động lực đó cũng chính là điểm đặt. Ví dụ như khi tay kéo hai đầu lò xo, thì điểm đặt ở đây là hai đầu lò xo.

→ Giới hạn lực đàn hồi của lò xo

Nếu ta kéo một lực hay tác động lực lớn vào hai đầu lò xo, mà lò xo không quay trở về trạng thái ban đầu, có nghĩa là lò xo đã bị tác động quá giới hạn đàn hồi của nó. Lò xo nào cũng có giới hạn đàn hồi nhất định. Có loại lò xo có giới hạn đàn hồi lớn, có loại có giới hạn đàn hồi nhỏ.

gioi han luc dan hoi cua lo xo

Anh em có thể hình dung này nhé, một cái lò xo chỉ chịu được trọng tải vật là 2kg, nếu treo vật 2kg thì lò xo vẫn không bị thay đổi, còn khi ta treo vật nặng 5kg thì lò xo sẽ giãn ra. Đến khi ta nhấc vật 5kg ra, lò xo đã bị kéo giãn và không thể về kích thước ban đầu nữa. Hay ví dụ gần nhất là hãy lấy lò xo trong chiếc bút bi, sau đó kéo mạnh 02 đầu lò xo.

hinh anh dinh luat hooke

Vì thế, trong những trường hợp này, định luật Húc cũng không thể áp dụng để tính toán độ lớn của ngoại lực.

Từ tất cả những điều đã tìm hiểu ở trên, thì định luật chính là:

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

Chú ý: Độ biến dạng có thể áp dụng trong việc kéo giãn hoặc nén lò xo.

Lịch sử của định luật Hooke

Định luật này được tìm ra và tuyên bố lần đầu tiên vào năm 1676 ở thế kỷ 17. Do nhà khoa học người Anh tên là Robert Hooke phát hiện ra, nên định luật này lấy tên của ông.

lo xo la gi lo xo keo

Định luật Hooke hay còn gọi là định luật Hooke, được nghiên cứu dựa trên mối quan hệ mật thiết giữa lực đàn hồi và độ biến dạng. Và được ông nghiên cứu qua biết bao thí nghiệm và chứng minh định luật của mình là chính xác. Vì vậy, đến ngày nay định luật này vẫn được áp dụng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày và trong các thí nghiệm.

→ Robert Hooke là ai?

Robert Hooke sinh ngày 18 tháng 9 năm 1635 tại đảo Wight nước Anh. Cha ông là một giáo sĩ tin lành và qua đời khi ông mới 13 tuổi. Ông lên London học nghề họa sĩ, tuy ông có tài nhưng sức khỏe yếu nên đã bỏ nghề vẽ, sang làm việc tay chân. Nhưng đây cũng là dấu mốc giúp ích cho cuộc đời ông về sau.

robert hooke la ai

Nhờ vào số tiền 100 bảng Anh của cha ông để lại, ông đã được đi học đến năm 18 tuổi rồi lên học đại học Oxford. Trong những năm này, ông vừa học vừa làm nhưng thành tích học tập luôn đạt sinh viên xuất sắc. Cũng tại đại học Oxford, Hooke đã gặp Christopher Wren và Robert Boyle. 02 người đã góp phần tạo nên những cột mốc lịch sử trong cuộc đời của Hooke.

Boyle là nhà khoa học giàu có và xuất sắc thời đó, chính Boyle là người thuê Hooke làm phụ tá cho mình trong phòng thí nghiệm. Nhiều công trình nghiên cứu của Boyle, được mọi người tin là đều có sự góp sức không nhỏ của Hooke. Nhất là việc chế tạo ra bơm chân không hay còn gọi là chiếc máy của Boyle, đã tuyên bố công khai cho mọi người biết về công lao của Húc.

Về Christopher Wren là nhà khoa học rất nổi danh về Hình Học, năm 1660 được làm  giáo sư Thiên Văn trường đại học Oxford. Năm 1663, ông bắt đầu làm nghề kiến trúc và nổi danh nhờ thiết kế mà khi nhắc đến tên, mọi người chắc sẽ ồ lên vì đã nghe nhắc đến rất nhiều lần. Đó là nhà thờ Saint Paul tọa lạc ở thành phố London. Cũng tại nhà riêng của ông, các nhà khoa học đã đến đây tạo ra Trường Vô Hình để bàn luận khoa học. Sau này trường đổi tên thành Viện Khoa Học Hoàng Gia.

Năm 1662, ông được bổ nhiệm làm trưởng ban khảo sát của viện Khoa Học Hoàng Gia, người chuyên thực hiện lại các thí nghiệm giúp cho các thành viên khác trong hội hiểu rõ. Công việc này giúp ông làm quen hầu hết các ngành khoa học thịnh hành lúc đó. Năm 1663, ông được bầu làm hội viên của Viện Khoa Học Hoàng Gia. Năm 1665, ông trở thành giáo sư Hình Học của đại học Oxford. Tại Viện Khoa Học Hoàng Gia, ông đã giữ chân tổng thư ký mãi đến năm 1682.

 Sau đó, ông không còn đảm nhận chức vụ này, nhưng ông vẫn gửi các bài khảo cứu tới viện. Ông không lập gia đình, chỉ có một người cháu gái ở và coi nhà cửa, nấu ăn cho ông. Năm 1703, ông qua đời và hai năm sau đó các tập sách có ghi chú của ông được xuất bản 400.000 chữ, cho thấy độ hiểu biết sâu rộng của ông về nhiều phương diện khoa học.

Ở đây, có thể kể đến một vài phát minh hay các công trình của ông như: Ông đã phổ biến cách chế tại và dùng kính hiển vi. Những công sự xây cất vuông góc, với các đường phố thẳng góc ở London. Dụng cụ đo âm thanh hay dụng cụ thu thập nước biển ở các chiều sâu khác nhau. Năm 1676, phổ biến định luật đàn hồi, mà theo đó độ giãn của lò xo tỉ lệ với sức kéo, nhờ đó phát minh ra lò xo xoắn. Cũng nhờ nghiên cứu lò xo, nên phát minh ra đồng hồ…

(Nguồn tài liệu trích dẫn tham khảo tại Wikipedia)

→ Ứng dụng của định luật 

Trong đời sống hàng ngày: Ghế sofa, ghế xoay, đệm lò xo…

ung dung cua dinh luat huc

Trong công nghiệp, định luật Húc cũng được áp dụng:  hàng rào B40, kìm tỉa cành, cung tên,…. 

day thep lo xo dan hoi

Cách tính công thức theo định luật Hooke

Với k là hệ số đàn hồi hoặc độ cứng của lò xo, đơn vị tính N/m.

|Δl|=|l−lo| là độ biến dạng (độ dãn hay nén) của lò xo, đơn vị tính m.

cach tinh cong thuc dinh luat hooke

Ta có biểu thức sau:

Fđh = k. △l (N)

Lưu ý:

  • Điểm đặt và hướng của lực căng: giống như lực đàn hồi của lò xo.
  • Trường hợp các mặt tiếp xúc ép vào nhau: lực đàn hồi vuông góc với mặt tiếp xúc.

Bài tập áp dụng định luật Hooke

Câu 1: Chọn đáp án đúng. Lực đàn hồi:

  1. Xuất hiện khi có một vật tiếp xúc với một đầu của lò xo.
  2. Làm lò xo bị biến dạng.
  3. Luôn kéo vật về đầu lò xo.
  4. Xuất hiện khi lò xo bị biến dạng.

Đáp án: D

Câu 2: Lò xo (1) có độ cứng là 100N/m. Lò xo (2) có độ cứng là 1,2N/cm. Lần lượt tác dụng một lực kéo F vào mỗi lò xo. Tỷ số giữa độ dãn của lò xo (1) với lò xo (2) là:

  1. 5/6                         
  2. 1.2                          
  3. 1                            
  4. 0.12

Đáp án: C

Câu 3: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 30cm; khi treo vật có khối lượng 100g thì chiều dài của nó là 35cm. Độ cứng của lò xo là:

  1. 200N/m                          
  2. 20N/m                             
  3. 0,2N/m.                             
  4. 2N/m

Đáp án: B

Câu 4: Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng, hai lực đó phải như thế nào?

  1. cùng giá, độ lớn khác nhau và ngược chiều.      
  2. có giá nằm ngang, cùng độ lớn và cùng chiều.
  3. cùng giá, cùng độ lớn và cùng chiều.          
  4. có cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều

Đáp án: D

Câu 5: Trong thực tế trường hợp nào dưới đây, quỹ đạo chuyển động của vật là đường thẳng.

  1. Một ôtô đang chạy trên quốc lộ 1A từ Hà Nội đến Vinh.
  2. Hòn đá được ném theo phương ngang.
  3. Một viên bi rơi từ độ cao 2 m.
  4. Một tờ giấy rơi từ độ cao 3m.

Đáp án: C

⏭️ Mời anh em xem thêm nhé

Qua bài viết này, mong sẽ giúp các bạn hiểu cũng như áp dụng định luật Hooke một cách nhuần nhuyễn trong học tập, cũng như ứng dụng thực tế trong cuộc sống. Nếu gặp bất kỳ vướng mắc nào trong quá trình vận dụng định luật này, hãy để lại bình luận để cùng nhau trao đổi nhé

Mecsu Learn – Kiến thức kỹ thuật

Đam mê cơ khí trong máu rồi, biết gì chia sẻ đó, anh em cùng nhau chia sẻ nhé
Subscribe
Notify of
0 Bình luận
Inline Feedbacks
View all comments