Vì sao nạp năng lượng vào một lò xo đều từng đoạn không cần cùng một công cho mỗi đoạn dãn bằng nhau?

Giải thích nguyên lý

Trong giới hạn Hooke, lực đàn hồi tăng cùng độ biến dạng. Kéo thêm một đoạn bằng nhau ở lúc lò xo đã dãn nhiều đòi hỏi lực lớn hơn trong suốt đoạn đó, nên công tăng thêm lớn hơn. Thế năng đàn hồi tăng theo bình phương độ dãn.

Ví dụ tính từng bước

Lò xo k = 100 N/m được kéo chậm. Từ dãn 0 đến 0,1 m, công kéo là 1/2 × 100 × 0,1² = 0,5 J. Từ 0,1 đến 0,2 m, công thêm là 1/2 × 100 × (0,2² − 0,1²) = 1,5 J, gấp ba đoạn đầu.

Điểm dễ hiểu sai

Không dùng lực 10 N tại mốc 0,1 m cho cả đoạn sau, vì lực còn tăng lên 20 N. Đây không phải ma sát tăng.

Tự kiểm tra

Tổng công đến 0,2 m bằng 2 J, đúng bằng 0,5 + 1,5 J.

Điều kiện áp dụng

Lò xo lý tưởng, kéo gần cân bằng và còn trong giới hạn đàn hồi; không đưa công thức này ra ngoài vùng tuyến tính.

Đọc hình minh họa

Lò xo chịu kéo và đồ thị lực–độ dãn tăng tuyến tính qua 0; 0,10; 0,20 m. Hai miền công trên đồ thị là 0,50 J và 1,50 J. Hình minh họa định tính; các đại lượng đọc theo nhãn, riêng đồ thị theo đơn vị và mốc trục.

Học tiếp

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