Vì sao lò xo giữ độ dãn không đổi vẫn có thể truyền công cho xe đang tăng tốc?

Giải thích nguyên lý

Năng lượng chứa trong lò xo phụ thuộc độ dãn, còn công truyền qua lò xo phụ thuộc chuyển động của các điểm đặt lực. Nếu một đầu được kéo theo để giữ độ dãn cố định khi đầu kia gắn xe đi tới, lò xo vẫn truyền lực và công. Năng lượng xe tăng được cấp từ cơ cấu kéo, không phải do lò xo tự giảm năng lượng tích trữ.

Ví dụ tính từng bước

Xe 1 kg trên ray nhẵn, lò xo nhẹ k = 50 N/m luôn dãn 0,040 m, lực kéo xe 2 N. Xe từ nghỉ có a = 2 m/s²; sau 2 s đi 4 m và đạt 4 m/s. Công lò xo lên xe 2 × 4 = 8 J, bằng động năng tăng. Thế năng lò xo vẫn 0,5 × 50 × 0,040² = 0,040 J vì đầu kéo cũng di chuyển để cấp năng lượng.

Điểm dễ hiểu sai

Không suy độ dãn không đổi thì công bằng 0. Cũng không lấy 0,040 J của lò xo làm nguồn duy nhất cho 8 J xe nhận.

Tự kiểm tra

Đầu kéo đi cùng độ dịch chuyển 4 m trong giai đoạn giữ độ dãn, cơ cấu ngoài cung cấp 8 J ở mô hình lý tưởng.

Điều kiện áp dụng

Lò xo nhẹ theo Hooke, một chiều, xe không ma sát; lúc bắt đầu giai đoạn lò xo đã dãn sẵn và cơ cấu kéo vận hành phù hợp.

Đọc hình minh họa

Hai ảnh xe và đầu kéo cùng tiến 4 m, độ dãn vẫn 0,040 m; dòng năng lượng 8 J từ cơ cấu qua lò xo tới xe, phần tích trữ giữ 0,040 J. 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

Công của lực bằng Fs cos alpha khi nào Định luật Hooke có hiệu lực đến đâu