Khi ngoại lực tác dụng làm biến dạng một vật thì bản thân vật sẽ xuất hiện một lực có xu hướng chống lại biến dạng đó. Lực ấy gọi là lực đàn hồi.
Xét biến dạng một chiều, lực đàn hồi tuân theo định luật Hooke: “Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi tỉ lệ với độ biến dạng của vật”.
\({{\overrightarrow{F}}_{\text{}h}}=-k\Delta \overrightarrow{\ell }\) (2.19)
Trong đó: k là hệ số đàn hồi (hay độ cứng) của vật, đơn vị đo là Newton trên mét (N/m); \( \Delta \ell \) là độ biến dạng của vật (m); dấu “-” chứng tỏ lực đàn hồi ngược với chiều biến dạng.
Độ cứng của một vật phụ thuộc vào chiều dài ban đầu \( \ell \), tiết diện ngang S và bản chất của vật liệu làm ra nó: \( k=E\frac{S}{\ell } \) (2.20)
Trong đó E là hệ số tỉ lệ đặc trưng cho vật liệu, gọi là suất Young.
Từ (2.20) suy ra, với cùng một loại vật liệu và cùng tiết diện ngang, vật nào càng ngắn thì càng cứng. Bảng 2.2 cho biết suất Young của một số vật liệu thông dụng.
Lực đàn hồi có bản chất là lực điện từ. Vì khi biến dạng, khoảng cách giữa các phân tử thay đổi nên xuất hiện các lực hút và lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử.
Lực đàn hồi thể hiện rõ nhất là ở các lò xo, các dây thun. Một số dạng khác của lực đàn hồi, đó là lực căng dây, phản lực vuông góc của bề mặt tiếp xúc. Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu sau hơn.
Bảng 2.2. Suất Young của vài vật liệu thông dụng
Trong nhiều máy móc, một số chi tiết được nối với nhau bằng dây curoa, cáp mềm, thừng, …, ta gọi chung là dây. Dây là vật không chống lại lực nén mà chỉ chống lại lực kéo. Khi bị kéo căng, dây bị giãn một ít và bản thân nó xuất hiện lực đàn hồi chống lại sự kéo căng đó. Lực đàn hồi trong trạng thái này được gọi là lực căng dây.
Để đơn giản hóa các tính toán, người ta thường coi dây như không bị giãn và không có khối lượng. Khi đó lực căng có độ lớn bằng nhau tại mọi điểm trên dây. Ta nói sợi dây truyền nguyên vẹn lực từ đầu này đến đầu kia.
Ví dụ: Xét vật m được treo ở đầu sợi dây, đầu kia của sợi dây treo vào điểm cô định C (hình 2.7). Trong quá trình chuyển động của vật, sợi dây luôn được căng thẳng. Tại điểm A bất kì trên dây, nó chịu tác dụng của hợp lực bằng không. Nếu cắt đứt sợi dây tại A, muốn cho đoạn AC vẫn căng thẳng như trước, ta phải tác dụng lên A một lực \( \overrightarrow{T}’ \). Ngược lại, muốn cho vật m vẫn có chuyển động như cũ, ta phải tác dụng lên A một lực \( \overrightarrow{T} \). \( \overrightarrow{T} \) và \( \overrightarrow{T}’ \) cùng độ lớn, cùng giá nhưng ngược chiều và được gọi là lực căng dây.
Xét hai vật (1) và (2) tiếp xúc nhau, do áp lực của vật (1) tác dụng vào vật (2) làm bề mặt của vật (2) bị biến dạng. Khi đó vật (2) xuất hiện lực đàn hồi chống lại sự biến dạng đó. Lực này tác dụng ngược trở lại vật (1) theo hướng vuông góc với bề mặt tiếp xúc nên được gọi là phản lực vuông góc hay phản lực pháp tuyến (hoặc ngắn gọn là phản lực) của mặt tiếp xúc và được kí hiệu là \( \overrightarrow{N} \).
Phản lực \( \overrightarrow{N} \) của bề mặt tiếp xúc có bản chất là lực đàn hồi, có độ lớn bằng với áp lực vuông góc \( \overrightarrow{Q} \). Cặp lực \( \overrightarrow{Q} \) và \( \overrightarrow{N} \) luôn tồn tại và mất đi đồng thời, là cặp lực của định luật III Newton.
Thư Viện Bài Giảng Vật Lý Đại Cương được xây dựng trên WordPress