Vì sao không nên gán một độ cứng không đổi cho mọi độ dãn của dây chun?

Giải thích nguyên lý

Định luật Hooke là mô hình tuyến tính trong một phạm vi phù hợp. Một vật đàn hồi có thể trở lại gần hình dạng cũ nhưng đường lực–độ dãn vẫn không thẳng. Vì thế tính k = F/x ở một điểm rồi dùng cho mọi điểm khác có thể sai. Cần đọc số liệu và nêu mô hình lực theo từng khoảng khi tính công.

Ví dụ tính từng bước

Dữ liệu giả định khi kéo: x = 0 thì F = 0; x = 0,02 m thì F = 2 N; x = 0,04 m thì F = 8 N. Tỉ số F/x là 100 rồi 200 N/m, chưa phù hợp một k duy nhất. Nếu nối thẳng các điểm, công kéo là (0 + 2)/2 × 0,02 + (2 + 8)/2 × 0,02 = 0,12 J. Dùng k = 100 cho toàn đoạn chỉ cho 0,08 J.

Điểm dễ hiểu sai

Công 0,12 J còn phụ thuộc giả thiết nội suy giữa các điểm. Không lấy vài số đo làm định luật chung cho mọi loại dây chun.

Tự kiểm tra

Nếu thật sự là lò xo Hooke k = 100 N/m, tại x = 0,04 m lực phải là 4 N, không phải 8 N.

Điều kiện áp dụng

Số liệu minh họa một phép thử kéo, không tự suy công trả lại khi nhả; nếu có trễ đàn hồi phải đo đường nhả riêng.

Đọc hình minh họa

Dây đàn hồi đang kéo và đồ thị F–x gãy khúc qua ba điểm; hai miền công 0,02 J và 0,10 J được ghi đúng đơn vị. 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

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