Vì sao gốc tọa độ ở vị trí cân bằng không phải chiều dài tự nhiên của lò xo treo?

Giải thích nguyên lý

Gốc tọa độ có thể đặt tại vị trí thuận tiện, nhưng độ biến dạng trong định luật Hooke phải tính từ chiều dài tự nhiên. Một tải treo đứng đã kéo lò xo dãn ở trạng thái cân bằng. Độ lệch khỏi cân bằng bằng 0 không làm lực đàn hồi hoặc năng lượng riêng lò xo bằng 0. Cần phân biệt đại lượng hình học do chọn gốc với biến dạng vật lý.

Ví dụ tính từng bước

Vật 0,10 kg treo lò xo k = 100 N/m, g = 10 m/s², cân bằng ở độ dãn 0,010 m. Đặt q = 0 tại đây, chiều q dương xuống. Tại q = 0, lò xo vẫn kéo lên 1 N và chứa kx²/2 = 0,005 J theo mốc lò xo không dãn. Tại q = +0,010 m, độ dãn thật là 0,020 m nên lực đàn hồi 2 N.

Điểm dễ hiểu sai

Không viết riêng lực đàn hồi bằng −kq nếu q đo từ cân bằng của tải treo. Đó chưa phải độ dãn thật của lò xo; bài này không dùng công thức dao động.

Tự kiểm tra

Tại q = −0,005 m, độ dãn thật còn 0,005 m, lực đàn hồi 0,50 N.

Điều kiện áp dụng

Lò xo nhẹ theo Hooke, tải treo thẳng, các vị trí được xét riêng; không khẳng định vật ở mọi vị trí đều cân bằng tĩnh hoặc dự đoán chu kỳ.

Đọc hình minh họa

Ba mốc chiều dài tự nhiên, cân bằng tải và vị trí thấp thêm 0,010 m; hai thước x từ tự nhiên và q từ cân bằng được tách màu. 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