Vì sao độ dãn của một lò xo ngang có thể dùng để đo gia tốc xe?

Giải thích nguyên lý

Một khối thử trên ray ngang nhẵn, nối lò xo với vách xe, cần lực ngang để cùng tăng tốc với xe. Nếu khối thử đã giữ vị trí tương đối ổn định, lực lò xo bằng ma trong hệ đất. Vì lực theo Hooke là kx, độ dãn hoặc nén đã hiệu chuẩn có thể cho gia tốc; không dùng công thức mg/k của tải treo đứng.

Ví dụ tính từng bước

Khối thử 0,10 kg nối lò xo k = 20 N/m. Khi xe tăng tốc sang phải và khối thử theo cùng xe, lò xo phải kéo khối sang phải. Độ dãn 0,010 m cho lực 0,20 N và gia tốc 0,20/0,10 = 2 m/s². Trọng lực và phản lực ray cân bằng riêng theo phương đứng, không được cộng mg vào lực lò xo ngang.

Điểm dễ hiểu sai

Đo ngay lúc khối còn rung hoặc đang chuyển động tương đối với vỏ thì kx/m chưa chắc bằng gia tốc xe. Cần kiểm trạng thái đo chứ không chỉ đọc một ảnh.

Tự kiểm tra

Đổi chiều gia tốc có thể làm biến dạng đổi dấu tùy cách bố trí, nhưng không làm độ cứng k tự âm.

Điều kiện áp dụng

Ray ngang nhẵn, khối thử theo cùng gia tốc xe trong lúc đọc, lò xo nhẹ còn tuyến tính; chỉ giải thích nguyên lý, không giả định mọi gia tốc kế thật dùng đúng cơ cấu này.

Đọc hình minh họa

Vỏ xe tăng tốc phải, khối thử nối với vách trước bằng lò xo đang dãn, lực đàn hồi ngang 0,20 N và gia tốc 2 m/s². Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Định luật Hooke có hiệu lực đến đâu Giới hạn đàn hồi của lò xo quan trọng vì sao