Lực đàn hồi-Trọng lực và khối lượng

I. MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN.

1. Lực đàn hồi.

+ Biến dạng đàn hồi:khi bị lực kéo( Ví dụ lực kéo của các quả nặng treo vào đầu của lò xo được treo trên giá) tác dụng vào thì lò xo bị biến dạng, chiều dài của nó tăng lên. Khi bỏ lực kéo đi(Bỏ các quả nặng đi) thì chiều dài của lò xo trở lại bằng chiều dài ban đầu của nó . Lò xo lại có hình dạng ban đầu.

Biến dạng của lò xo có đặc điểm như trên gọi là biến dạng đàn hồi, lò xo được gọi là vật đàn hồi.

+ Lực lò xo tác dụng vào quả nặng khi treo vào lò xo gọi là lực đàn hồi.

+ Độ biến dạng của lò xo càng lớn thì cường độ của lực đàn hồi càng lớn.

Chú ý: - Nếu kéo lò xo bằng một lực quá mạnh thì lò xo bị mất tính đàn hồi . khi đó nếu thôi không kéo lò xo nữa thì chiều dài của lò xo không thể trở lại bằng chiều dài ban đầu của nó.

- Tính đàn hồi của lò xo phụ thuộc vào vật liệu làm lò xo. Thép và đồng thau đàn hồi rất tốt nên thường được dùng để làm lò xo.

- Không phải chỉ lò xo mới có tính đàn hồi, rất nhiều vật khác cũng có tính đàn hồi . Ví dụ: Khi đặt một quả nặng lên mặt bàn, thì mặt bàn bị biến dạng và tác dụng lực đàn hồi lên quả nặng. Chính lực này cân bằng với trọng lực tác dụng lên quả nặng làm cho quả nặng đứng yên trên mặt bàn.

2. Phép đo lực:

- Dụng cụ để đo lực là lực kế. Lực kế thường dùng là lực kế lò xo. GHĐ của lực kế lò xo là giá trị lớn nhất ghi trên bảng chia vạch của lực kế; ĐCNN của lực kế lò xo là giá trị ứng với hai vạch liên tiếp trên bảng chia vạch.

- Cách dùng lực kế lò xo để đo lực. Để đo lực bằng lực kế lò xo cần theo quy trình sau:

+ Ước lượng cường độ lực phải đo để chọn lực kế thích hợp. Phải chọn lực kế có GHĐ lớn hơn cường độ lực cần đo.

+Điều chỉnh lực kế sao cho khi chưa đo thì kim chỉ thị của lực kế nằm đúng vạch 0. (Đối với lực kế ống thì phải điều chỉnh sao cho mép của vỏ lực kế trùng với vạch số 0 của bảng chia vạch của lực kế).

+ Cho lực cần đo tác dụng vào lò xo của lực kế. Phải cầm vỏ lực kế và giữ sao cho lò xo của lực kế nằm dọc theo phương của lực cần đo.

+ Đọc và ghi số chỉ của lực kế: Đọc giá trị của vạch gần nhất với kim của lực kế và ghi giá trị đo được tới ĐCNN.

3.Liên hệ giữa trọng lượng và khối lượng.

- Khối lượng và trọng lượng của một vật có mối liên hệ chặt chẽ với nhau: Vật có khối lượng càng lớn thì trọng lượng của nó càng lớn.

-Công thức liên hệ giữa trọng lượng và khối lượng của cùng một vật:

Trong đó: P là trọng lượng có đơn vị là N

m là khối lượng có đơn vị là kg.

Hệ số 10 có đơn vị là:N/kg

* Chú ý: - Số 10 trong hệ thức trên chỉ là con số gần đúng . Thực ra, một vật có khối lượng 1 kg thì có trọng lượng là 9,7N khi đặt ở Xích đạo, và 9,82 N khi đặt ở Địa cực.

- Vì trọng lượng và khối lượng của cùng một vật luôn tỉ lệ với nhau, nên trong đời sống hằng ngày người ta thường thông qua cảm nhận về trọng lượng để nhận biết khối lượng. Ví dụ, người ta thường nói: " Thử nhấc con cá này xem được bao nhiêu kilôgam". Đây cũng chính là cơ sở của việc dùng cân lò xo hoặc cân bỏ túi để đo khối lượng, Các cân này thực chất là các lực kế, chỉ khác ở chỗ, trên vạch chia người ta không ghi các giá trị của trọng lượng mà ghi các giá trị của khối lượng.

- Bảng so sánh khối lượng và trọng lượng

A. Một số dạng bài và các ví dụ.

1. Dạng bài tính trọng lượng của một vật khi biết khối lượng của nó và ngược lại.

Để giải dạng bài tập này ta cần vận dụng công thức về mối quan hệ giữa khối lượng và trọng lượng.

Ví dụ 1: a. Một vật có khối lượng là 50kg thì trọng lượng của vật là bao nhiêu?

b. Một vật có khối lượng là 10N thì khối lượng là bao nhiêu?

Giải.

a.Trọng lượng của vật đó là:

P = 10.m

Vậy P= 50.10= 500(N)

b. Khối lượng của vật là: m =\[\frac{P}{10}\]

Vậy m = \[\frac{10}{10}=1(N)\]

2. Dạng bài nhận biết biến dạng đàn hồi và lực đàn hồi.

Để giải được dạng bài tập này cần nắm vững kiến thức về biến dạng đàn hồi và lực đàn hồi.

Ví dụ 2: Biến dạng của vật nào sâu đây là biến dạng đàn hồi?

A. Một cục sáp nặn bị bóp bẹp.

B. Một tờ giấy bị gập đôi.

C. Một cành cây bị gãy.

D. Một sợi dây chun bị kéo giãn.

Chọn D.

3. Dạng bài dựa vào điều kiện cho sẵn, vẽ đường biểu diễn.

Ví dụ 3: Một lò xo khi không bị nén, dãn có chiều dài là \[{{l}_{0}}=25cm\]. Gọi \[l(cm)\]là chiều dài của lò xo khi bị kéo dãn bởi một lực F(N). Bảng dưới đây cho ta các giá trị của \[l\] theo F.

Gọi \[\Delta =l-{{l}_{0}}\](cm) là độ giãn của lò xo dưới tác dụng lủa lực F.

Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dãn \[\Delta \]vào lực kéo F theo hướng dẫn sau:

Hướng dẫn:

Vẽ một mạng lưới các ô vuông. Mỗi cạnh nằm ngang của một ô vuông ứng với cường độ của lực kéo 1N.

Mỗi cạnh thẳng đứng của một ô vuông ứng với độ dãn là 0,5 cm.

Ví dụ: ứng với lực kéo = 3N thì độ dãn của lò xo là \[\Delta =1,5cm\], ta sẽ chấm một điểm trên mạng lưới, nằm ở đỉnh của một hình vuông có cạnh nằm ngang dài bằng 3 cạnh của ô vuông con (ứng với 3N) và có cạnh thẳng đứng cũng dài bằng 3 cạnh của ô vuông con(Ứng với 1,5cm) . Điểm này là một điểm của đồ thị. Tiếp tục vẽ các điểm khác. Nối các điểm với nhau ta được đồ thị cần vẽ.

Giải

Trước hết phải lập bảng các giá trị của \[\Delta \]theo F:

Sau đó chấm các điểm tương ứng với các cặp số liệu trong bảng.

Cuối cùng nối các điểm lại để được đồ thị

B. BÀI TẬP TỰ LUYỆN.

Bài 1: Hãy so sánh lực hút của trái đất tác dụng lên một hòn gạch có khối lượng 1,5 kg với lực hút của trái đất tác dụng lên một quả tạ có khối lượng 6 kg.

Bài 2: Gắn lò xo lá tròn vào một xe lăn (Hình vẽ). Dùng chỉ buộc ghì cho lò xo méo lại. Sau đó đặt xe lăn sao cho lò xo tì vào vật nặng. Đốt đứt sợi chỉ. Hiện tượng gì sẽ sảy ra với xe lăn? Giải thích hiện tượng đó.

Bài 3: Mô tả hiện tượng xảy ra khi treo một vật vào đầu dưới của một lò xo được gắn cố định vào giá thí nghiệm.

Bài 4: Dùng hai dây cao su để treo một quả nặng như ở hình bên. Quả nặng đứng yên. Hai lực của hai dây cao su tác dụng lên quả nặng có phải là hai lực cân bằng không?

Bài 5: Một học sinh muốn chế tạo một lực kế bằng lò xo xoắn dài . Biết khi treo một quả cân 200g vào lò xo thì lò xo dài thêm ra 4cm và độ dài thêm ra của lò xo tỉ lệ với cường độ lực kéo. Hỏi để lực kế này có GHĐ là 5N và ĐCNN là 0,1 N thì bảng chia độ của lực kế phải có bao nhiêu vạch và mỗi vạch cách nhau bao nhiêu cm.

Bài 6: Tại sao khi đo trọng lượng của một vật ta phải cầm lực kế sao cho lò xo ở tư thế thẳng đứng ?

Bài 7: Một vật a có khối lượng là 10kg. Hãy cho biết khối lượng của vật b biết rằng trọng lượng của b bằng \[\frac{2}{5}\]trọng lượng của a.

Bài 8: Khi treo quả cầu vào một lò xo, chiều dài lò xo khi đó đo được là 24 cm. Treo thêm một quả cầu giống hệt như thế chiều dài của lò xo lúc này là 26cm. Chiều dài lò xo khi chưa treo vật (Chiều dài tự nhiên ) là:

A. 25cm

B. 23cm

C. 22cm

D. 20cm

Bài 9: Trên hình biểu diễn sự phụ thuộc độ dãn của lò xo vào lực tác dụng lên nó.

a. Hãy tính chiều dài ban đầu của lò xo biết khi lực tác dụng là 2N thì chiều dài của lò xo khi đó là: 25cm.

b. Khi lực tác dụng 8N thì chiều dài của lò xo là bao nhiêu?

c. Ứng với độ dãn của lò xo là 35cm thì lực tác dụng lên nó là bao nhiêu?

C.LỜI GIẢI CHI TIẾT

Bài 1:

Lực hút của trái đất tác dụng lên quả tạ 6kg gấp n = 4 lần lực hút của trái đất tác dụng lên hòn gạch 1,5 kg.

(n = \[\frac{6}{1,5}=4\])

Bài 2: Khi đốt sợi chỉ thì xe bắt đầu bị đẩy làm nó chuyển động ra xa vật nặng. Chính lò xo lá tròn khi bị biến dạng đã tác dụng lực đẩy lên xe lăn, làm biến đổi chuyển động của nó.

Bài 3: Hướng dẫn:

Vật treo vào lò xo chịu tác dụng lực hút của Trái Đất theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống nên dịch chuyển về phía mặt đất và kéo lò xo dãn ra. Lò xo bị biến dạng sinh ra lực đàn hồi có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên, đặt vào vật kéo vật lên. Khi độ lớn của lực đàn hồi bằng trọng lượng của vật thì vật không thay đổi vận tốc(đứng yên).

Bài 4: Hai lực của hai dây cao su tác dụng lên quả nặng không phải là hai lực cân bằng vì chúng không cùng phương.

(Chú ý: Vật nặng đứng yên là nhờ tác dụng của ba lực: Hai lực của dây cao su và trọng lực tác dụng lên vật)

Bài 5: - Quả cân 200g có trọng lượng là 2N.

- Lực kéo 2N làm lò xo dài thêm ra 4cm. Lực kéo 0,1N làm lò xo dài thêm ra :

\[\frac{x}{4}=\frac{0,1}{2}\Rightarrow x=0,2(cm)\]

Muốn lực kế có ĐCNN là 0,1N thì mỗi vạch trên bảng chia độ phải cách nhau 0,2 cm.

- Muốn GHĐ của lực kế là 5N thì số vạch trên bảng chia độ là:

\[y=\frac{5}{0,1}=50\](Vạch)

Bài 6: Vì trọng lực có phương thẳng đứng, khi cầm lực kế để lò xo ở tư thế thẳng đứng thì lực đàn hồi mới cân bằng với trọng lực của vật, kết quả đo xẽ chính xác.

Bài 7: Theo công thức: P= 10m.

P_a=10.m_a

P_b= 10. m_b

Khi P_b=\[\frac{2}{5}\]P_a \[\Rightarrow \]m_b= \[\frac{2}{5}\]m_a

Vậy khối lượng của vật b là: m_b= \[\frac{2}{5}\cdot 10=4(kg)\]

Bài 8: Quả cầu thứ hai đã làm lò xo giãn ra:

26cm- 24cm = 2cm

Như vậy chiều dài lò xo khi chưa treo vật là:

24cm- 2cm = 22cm.

Chọn: C.

Bài 9: a. Chiều dài ban đầu của lò xo là:

25- 5 = 20(cm)