1. Bài 22. Biến dạng của vật rắn. Đặc tính của lò xo

Tại sao khi ta đặt lên bàn cân, kim chỉ của cân quay đến một vạch xác định, sau đó kim chỉ sẽ trở lại vị trí ban đầu nếu ta lấy vật ra (Hình 22.1a)? Các lò xo gắn dưới yên xe đạp (Hình 22.1b) có công dụng gì? Trong bài này, ta sẽ khảo sát các đặc tính quan trọng của lò xo cũng như ứng dụng của lò xo trong cuộc sống hằng ngày và kĩ thuật công nghệ.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Lời giải chi tiết:

- Khi ta đặt lên bàn cân, kim chỉ của cân quay đến một vạch xác định, do cấu tạo của cân có một lò xo, khi đặt vật lên cân, lò xo bị nén vào làm kim chỉ quay, khi bỏ vật ra, lò xo có xu hướng trở lại hình dạng ban đầu nên kim chỉ trở lại vị trí cũ.

- Các lò xo dưới yên xe đạp có công dụng giảm xóc cho người sử dụng.

1. Nêu một số ví dụ về vật không phải là vật rắn và giải thích tại sao đó không phải là vật rắn.

Phương pháp giải:

Vật rắn là vật mà khoảng cách giữa hai điểm bất kì của vật không đổi trong suốt quá trình đứng yên hoặc chuyển động.

Lời giải chi tiết:

Ví dụ về vật không phải là vật rắn: quả bóng cao su, đệm, dây cung, ...

Tất cả những ví dụ trên đều không phải là vật rắn vì trong quá trình chuyển động thì vật bị biến dạng (khoảng cách giữa hai điểm bất kì thay đổi).

Hãy phân loại biến dạng trong từng trường hợp được mô tả ở Hình 22.4.

Phương pháp giải:

Có 2 loại biến dạng:

+ Biến dạng kéo: Kích thước của vật theo phương tác dụng của lực tăng lên so với kích thước tự nhiên của nó.

+ Biến dạng nén: Kích thước của vật theo phương tác dụng của lực giảm xuống so với kích thước tự nhiên của nó.

Lời giải chi tiết:

- Hình 22.4a: Biến dạng nén.

- Hình 22.4b: Biến dạng kéo.

- Hình 22.4c: Biến dạng nén.

2.

a) Với dụng cụ là một lò xo thẳng, đề xuất phương án thí nghiệm đơn giản để khảo sát tính chất biến dạng của lò xo.

b) Dự đoán về hiện tượng xảy ra nếu ta tiếp tục tăng độ lớn của lực để kéo dãn hai đầu lò xo (có thể dùng máy).

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Lời giải chi tiết:

a) Dùng một lực nhẹ từ tay kéo lò xo, quan sát. Sau đó dùng một lực mạnh hơn kéo vào lò xo, quan sát. Tương tự như vậy, dùng một lực nén lò xo lại, dùng lực mạnh hơn nén lò xo, quan sát.

b) Nếu ta tiếp tục tăng độ lớn của lực để kéo dãn hai đầu lò xo thì độ dãn của lò xo tăng, nếu lực quá mạnh thì lò xo bị đứt gãy.

3. Quan sát Hình 22.6, nhận xét sơ lược về tính chất của lò xo khi tăng lực tác dụng. Khi lò xo còn đang biến dạng đàn hồi, đưa ra dự đoán về mối quan hệ giữa độ dãn của lò xo và lực tác dụng.

 Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và đưa ra nhận xét.

Lời giải chi tiết:

Nhận xét: Khi xuất hiện ngoại lực tác dụng, lò xo sẽ bị biến dạng. Khi độ dãn của lò xo không quá lớn, ở hai đầu lò xo xuất hiện lực đàn hồi ngược chiều biến dạng. Khi ngoại lực tác dụng lên lò xo có độ lớn tăng dần thì độ dãn của lò xo cũng tăng. Lực tác dụng tiếp tục tăng lên đến một thời điểm nào đó thì lò xo không còn dãn nữa mà bị đút gãy.

=> Mối quan hệ về độ dãn và lực tác dụng: Lực tác dụng càng lớn (đến một giá trị giới hạn) thì độ dãn càng lớn và ngược lại.

Tìm hiểu và giải thích tại sao ở Nhật Bản, nhiều tòa nhà cao tầng được xây dựng với các lò xo ở dưới móng cọc như Hình 22.7

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Do tòa nhà cao tầng thì trọng lực của toà nhà rất lớn, vì vậy cần phải có móng chịu lực tốt. Lò xo ở dưới móng cọc để làm giảm lực từ trên xuống, giúp tòa nhà đứng vững hơn.

Giải thích tại sao trong kĩ thuật, người ta cần phải xác định giới hạn đàn hồi của vật liệu?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Cần phải xác định giới hạn đàn hồi của vật liệu, nếu không xác định thì khi ngoại lực tác dụng quá lớn sẽ làm cho lò xo bị đứt gãy, ảnh hưởng đến máy móc, thiết bị.

1. Trong những vật sau đây: một viên đất sét, dây cung, một cây bút chì vỏ gỗ, một li thủy tinh. Những vật nào không có tính chất đàn hồi? Tại sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học và liên hệ thực tế

Lời giải chi tiết:

- Vật có tính chất đàn hồi: Một viên đất sét, dây cung

- Vật không có tính chất đàn hồi: Một cây bút chì vỏ gỗ, một li thủy tinh.

* Những vật không có tính chất đàn hồi vì khi tác dụng lực vào vật thì vật không bị biến dạng.

2. Hai vật có cùng khối lượng treo vào hai lò xo bằng hai vật liệu khác nhau và có chiều dài tự nhiên giống nhau thì lò xo bị dãn như Hình 22P.1. Lò xo nào có độ cứng lớn hơn? Giải thích.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Khi hai lò xo chịu tác dụng bởi hai lực kéo/nén có độ lớn bằng nhau và đang bị biến dạng đàn hồi, lò xo có độ cứng lớn hơn thì sẽ bị biến dạng ít hơn.

Lời giải chi tiết:

Ta thấy lò xo bên trái bị biến dạng nhiều hơn lò xo bên phải.

Trong lực như nhau, lò xo có độ cứng lớn hơn thì biến dạng ít hơn nên lò xo bên phải có độ cứng lớn hơn lò xo bên trái.

3. Giải thích tại sao một số giày được thiết kế với một số lò xo rất nhỏ nằm ở dưới đế (Hình 22P.2).

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Lò xo nhỏ nằm dưới đế giày nhằm giảm tác dụng chịu lực của bàn chân với mặt đất, giúp đi lại nhanh hơn và dễ dàng.