Vật Lý 10 KNTT Bài 33: Biến dạng của vật rắn

- Khi không có ngoại lực tác dụng, vật rắn có kích thước và hình dạng xác định. Khi có ngoại lực tác dụng, vật rắn thay đổi hình dạng và kích thước, ta nói vật rắn bị biến dạng.

- Như vậy, khi có tác dụng của ngoại lực, vật rắn sẽ bị biến dạng.

- Mức độ biến dạng phụ thuộc vào độ lớn của ngoại lực.

- Khi không còn tác dụng của ngoại lực, nếu vật rắn lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu thì biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi.

- Giới hạn mà trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi được gọi là giới hạn đàn hồi của vật rắn.

- Khi vật chịu tác dụng của cặp lực nén ngược chiều nhau, vuông góc với bề mặt của vật và hướng vào phía trong vật, ta có biển dạng nén (Hình 33.2b).

- Khi vật chịu tác dụng của cặp lực kéo ngược chiều nhau, vuông góc với bề mặt của vật và hướng ra phía ngoài vật, ta có biến dạng kéo (Hình 33.2c).

a) Khi chưa bị biến dạng

b) Khi bị biến dạng nén

c) Khi bị biến dạng kéo

Hình 33.2. Một số hình dạng của vật rắn

a. Lực đàn hồi của lò xo

Khi ta nén hoặc kéo hai đầu lò xo, tay ta cũng chịu tác dụng các lực từ phía lò xo. Các lực này ngược chiều với lực tay tác dụng vào lò xo và được gọi là lực đàn hồi của lò xo. Lực đàn hồi của lò xo chống lại nguyên nhân làm nó biến dạng và có xu hướng đa nó về hình dạng và kích thước ban đầu

b. Định luật Hooke

- Hình 33.3 là đồ thị về sự phụ thuộc độ lớn của lực đàn hồi vào độ biến dạng của lò xo:

Hình 33.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lực đàn hồi vào độ dãn của lò xo

- Đoạn OA trên đồ thị cho biết sự phụ thuộc độ lớn của lực đàn hồi F_đh vào độ biến dạng \({\Delta l}\) là tuyến tính, ta có thể viết sự phụ thuộc này bằng biểu thức toán học: F_đh = \(k\left| {\Delta l} \right|\)        (33.1)

- Biểu thức trên là biểu thức của định luật Hooke: “Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo".

- Trong biểu thức trên, k là một hằng số với một lò xo xác định, được gọi là hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo, phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và vật liệu của lò xo. Trong hệ SI, k có đơn vị là N/m.

- Phần đồ thị ngoài đoạn thẳng OA ứng với lực đặt vào vượt quá giới hạn đàn hồi của lò xo. Khi đó lực đàn hồi không còn tỉ lệ thuận với độ biến dạng nữa. Nếu treo vật nặng có khối lượng quá lớn, tính đàn hồi của lò xo sẽ bị phá huỷ.

Bài tập ví dụ

Một lò xo bố trí theo phương thẳng đứng và có gắn vật nặng khối lượng 200 g. Khi vật treo ở dưới (Hình 33.4a) thì lò xo dài 17 cm, khi vật đặt ở trên (Hình 33.4b) thì lò xo dài 13 cm. Lấy g = 10 m/s² và bỏ qua trọng lượng của móc treo, giá đỡ vật nặng. Tính độ cứng của lò xo.

Hình 33.4

Giải

Trong hai trường hợp, vật nặng chịu tác dụng của lực đàn hồi và trọng lực.

Khi vật treo ở dưới lò xo: F_đh1 = P → k|l_o - 0,17| = mg (1)

Khi đặt vật ở trên lò xo: F_đh2 = P → k|l_o - 0,13| = mg (2)

Từ (1) và (2)→ l_o = 0,15 mg.

Thay vào (1) hoặc (2), tính được k= 100 N.

Bài 1: Bungee là một trò chơi mạo hiểm được nhiều người yêu thích. Em có biết trò chơi này được thực hiện dựa trên hiện tượng vật lí nào không?

Hướng dẫn giải

- Nhảy Bungee có tên gọi tiếng Anh là bungee jump. Đây là một trò chơi mạo hiểm với đặc trưng cú nhảy của cảm giác phải nói là cực mạnh, song song đó là sự khát khao chinh phục độ cao. Người chơi sẽ phải leo lên một nơi có địa thế rất cao ví dụ như cây cầu, nơi tòa nhà cao tầng hay khinh khí cầu, trực thăng hoặc cáp treo,... và họ được buộc dây đai xung quanh người. Sau đó, họ quăng mình xuống phía dưới mặt đất hoặc cũng có thể là mặt nước.

- Sợi dây buộc chân người chơi có đường kính từ 5-7cm. Nó được bện từ các sợi cao su nhỏ rất bền bỉ và có một độ đàn hồi tốt. 

⇒ Trò chơi này được thực hiện dựa trên hiện tượng biến dạng đàn hồi của dây treo

Bài 2: Nếu giữ chặt đầu A của thanh thép AB và tác dụng vào đầu B một lực nén đủ lớn để gây ra biến dạng thì độ dài l và tiết diện ngang S của thanh này thay đổi như thế nào?

Hướng dẫn giải

Thanh thép co lại, chiều dài giảm đi đồng thời tiết diện của thanh ở đoạn giữa tăng lên, thanh thép bị phình ra.

Bài 3: Hệ số đàn hồi của một thanh rắn đồng chất hình trụ là 100N/m. Đầu trên của thanh cố định, thanh dài thêm 1,6cm khi treo vào đầu dưới của thanh rắn một vật có khối lượng m. Xác định giá trị của m, lấy \(g=10m/s^2\) .  

Hướng dẫn giải

Ta có: \(k=100(N/m)\) ; \(\Delta l = 1,6cm = 1,{6.10^ - }^2(m)\)

Thanh dài thêm 1,6cm do trọng lực của vật m tác dụng vào thanh, độ lớn của trọng lực đúng bằng độ lớn của lực đàn hồi xuất hiện khi thanh bị kéo dãn

Áp dụng công thức tính độ lớn lực đàn hồi: \({F_d}_h = p \Rightarrow k.\left| {\Delta l} \right| = mg \Rightarrow m = 0,16(kg)\)

Sau bài học này, học sinh có thể:

- Nêu được nguyên nhân gây biến dạng cơ của chất rắn. Phân biệt được hai lọai biến dạng: biến dạng đàn hồi và biến dạng không đàn hồi (hay biến dạng dạng dẻo)  của các vật rắn dựa trên tính chất bảo toàn (giữ nguyên) hình dạng  và kích thước của chúng.

- Phân biệt được các kiểu biến dạng kéo và nén của vật rắn dựa trên đặc điểm (điểm đặt, phương, chiều) tác dụng của ngọai lực gây nên biến dạng.

- Phát biểu được định luật Húc.

- Định nghĩa được giới hạn bền và hệ số an tòan của vật rắn.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 33 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Tính chất nào sau đây liên quan đến vật rắn vô định hình?

  • A. Có tính dị hướng
  • B. Có cấu trúc tinh thể
  • C. Có nhiệt độ nóng chảy xác định
  • D. Không có nhiệt độ nóng chảy xác định

• Câu 2:

  Một dây kim loại đường kính 4mm có thể treo vật có trọng lượng tối đa là 4000N. Giới hạn bền của vật liệu trên là?

  • A. 3,2.10⁸ N/m²
  • B. 1,6.10⁸ N/m²
  • C. 0,8.10⁸ N/m²
  • D. 0,4.10⁸ N/m²

• Câu 3:

  Một thanh ray dài lũm được lắp trên đường sắt ở 20°C. Phải để hở 2 đầu 1 bề rộng bao nhiêu để nhiệt độ nóng đến 60°C thì vẫn đủ chỗ cho thanh ray dãn ra? Biết \(\alpha = {12.10^{ - 6}}{K^{ - 1}}\)

  • A. 2mm
  • B. 4,8mm
  • C. 4,4mm
  • D. 8mm

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 33 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Hoạt động trang 128 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 129 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 129 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 129 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 130 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.1 trang 64 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.2 trang 64 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.3 trang 64 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.4 trang 64 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.5 trang 64 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.6 trang 65 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.7 trang 65 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 33.8 trang 65 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!