Công thức lực kéo về của còn lắc lò xo đầy đủ, chính xác

Trong thế giới của vật lý và cơ học, công thức lực kéo về đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu và dự đoán sự tương tác giữa các vật thể. Được biết đến như một quy luật cơ bản giúp chúng ta tính toán lực tác động giữa hai vật thể có khối lượng khác nhau khi chúng giao tiếp với nhau. Hiểu rõ về công thức này cùng Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa

1. ​Khái niệm lực kéo về, định luật Hooke

• Lực kéo về là một loại lực phục hồi, tức là lực có hướng ngược lại với hướng biến dạng của một vật thể. Lực kéo về có thể xuất hiện trong nhiều trường hợp, như khi kéo giãn hay nén một lò xo, khi căng hay uốn một dây đàn, hay khi đẩy một con lắc ra khỏi vị trí cân bằng. Lực kéo về có nhiều ứng dụng trong vật lý và cuộc sống, từ những hiện tượng dao động, sóng, âm thanh cho đến những thiết bị đo lường, truyền thông, y tế.
• Định luật Hooke là một định luật vật lý quan trọng, liên quan đến lực kéo về của một lò xo hoặc một vật thể co giãn. Định luật Hooke cho biết: Lực kéo về tỉ lệ thuận với độ biến dạng của vật thể và tỉ lệ nghịch với độ cứng của vật thể. Định luật Hooke được phát biểu bởi nhà khoa học người Anh Robert Hooke vào năm 1676.

2. Công thức lực kéo về của một lò xo.

Công thức lực kéo về của một lò xo là:

Bạn đang xem: Công thức lực kéo về của còn lắc lò xo đầy đủ, chính xác

F=−kx

Trong đó:

• F là lực kéo về, đơn vị là newton (N)
• k là hệ số đàn hồi của lò xo, đơn vị là N/m
• x là độ biến dạng của lò xo so với chiều dài ban đầu, đơn vị là m
• Dấu âm cho biết lực kéo về có hướng ngược lại với hướng biến dạng

Công thức này áp dụng cho những trường hợp biến dạng nhỏ và tuân theo định luật Hooke.

Ví dụ 1: Một lò xo có chiều dài ban đầu là 20 cm và hệ số đàn hồi là 100 N/m. Khi treo một quả cân có khối lượng 0,5 kg vào đầu lò xo, chiều dài của lò xo trở thành 25 cm. Hãy tính lực kéo về của lò xo.

Giải:

Ta có chiều dài ban đầu của lò xo là 20 cm = 0,2 m

Ta có hệ số đàn hồi của lò xo là k = 100 N/m

Ta có khối lượng quả cân là m = 0,5 kg, do đó trọng lực tác dụng vào quả cân là F = mg = 0,5 x 9,8 = 4,9 N

Ta có chiều dài của lò xo khi treo quả cân là 25 cm = 0,25 m

Do đó, độ biến dạng của lò xo là x = 0,25 – 0,2 = 0,05 m

Lực kéo về của lò xo bằng với trọng lực tác dụng vào quả cân, nên ta có: F = -kx

Suy ra: kx = -F = -4,9 N

Vậy lực kéo về của lò xo là F = 4,9 N

Ví dụ 2: Một lò xo có hệ số đàn hồi là 200 N/m. Khi kéo giãn lò xo ra khỏi vị trí cân bằng 10 cm, lực kéo về của lò xo là bao nhiêu?

Giải:

Xem thêm : Lạ kỳ chuyện đầu năm ăn thịt chó… cầu may

Ta có hệ số đàn hồi của lò xo là k = 200 N/m

Ta có độ biến dạng của lò xo là x = 10 cm = 0,1 m

Lực kéo về của lò xo là: F = -kx = -200 x 0,1 = -20 N

Vậy lực kéo về của lò xo là F = 20 N

3. Công thức lực kéo về của một dây đàn.

Công thức lực kéo về của một dây đàn là:

F=Tsinθ

Trong đó:

• F là lực kéo về, đơn vị là newton (N)
• T là lực căng của dây đàn, đơn vị là newton (N)
• θ là góc giữa dây đàn và phương ngang, đơn vị là radian (rad)

Công thức này áp dụng cho những trường hợp dây đàn bị uốn cong do một lực ngoài tác dụng. Công thức này cho thấy lực kéo về tỉ lệ thuận với lực căng và sin của góc uốn. Nghĩa là khi lực căng hoặc góc uốn càng lớn, lực kéo về càng cao, và ngược lại.

Ví dụ 1: Một dây đàn có lực căng là 50 N. Khi một người chơi đàn bấm vào dây đàn, góc giữa dây đàn và phương ngang là 30 độ. Hãy tính lực kéo về của dây đàn.

Giải:

Ta có lực căng của dây đàn là T = 50 N

Ta có góc giữa dây đàn và phương ngang là θ = 30 độ = π/6 rad

Lực kéo về của dây đàn là: F = Tsinθ = 50 x sin(π/6) = 25 N

Ví dụ 2: Một dây đàn có lực căng là 100 N. Khi một người chơi đàn bấm vào dây đàn, lực kéo về của dây đàn là 60 N. Hãy tính góc giữa dây đàn và phương ngang.

Giải:

Ta có lực căng của dây đàn là T = 100 N

Ta có lực kéo về của dây đàn là F = 60 N

Xem thêm : Mẹ sau sinh đang cho con bú có uống Panadol được không?

Góc giữa dây đàn và phương ngang là: θ = arcsin(F/T) = arcsin(60/100) = 0,6435 rad ≈ 36,87 độ

4. Công thức lực kéo về của một con lắc đơn.

Công thức lực kéo về của một con lắc đơn là:

F=−mgsinθ

Trong đó:

• F là lực kéo về, đơn vị là newton (N)
• m là khối lượng của quả cân treo, đơn vị là kilogram (kg)
• g là gia tốc trọng trường, đơn vị là m/s2
• θ là góc giữa dây treo và phương thẳng đứng, đơn vị là radian (rad)

Công thức này áp dụng cho những trường hợp con lắc đơn dao động nhỏ. Công thức này cho thấy lực kéo về tỉ lệ thuận với khối lượng, gia tốc trọng trường và sin của góc lệch. Nghĩa là khi các yếu tố này càng cao, lực kéo về càng cao, và ngược lại.

Ví dụ 1: Một con lắc đơn có chiều dài dây treo là 1m và khối lượng quả cân treo là 0,2 kg. Khi con lắc đơn dao động, góc giữa dây treo và phương thẳng đứng là 15 độ. Hãy tính lực kéo về của con lắc đơn.

Giải:

Ta có khối lượng của quả cân treo là m = 0,2 kg

Ta có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2

Ta có góc giữa dây treo và phương thẳng đứng là θ = 15 độ = π/12 rad

Lực kéo về của con lắc đơn là: F = -mgsinθ = -0,2 x 9,8 x sin(π/12) = -0,509 N

Ví dụ 2: Một con lắc đơn có chiều dài dây treo là 0,5m và khối lượng quả cân treo là 0,1 kg. Khi con lắc đơn dao động, lực kéo về của con lắc đơn là 0,3 N. Hãy tính góc giữa dây treo và phương thẳng đứng.

Giải:

Ta có khối lượng của quả cân treo là m = 0,1 kg

Ta có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2

Ta có lực kéo về của con lắc đơn là F = -0,3 N

Góc giữa dây treo và phương thẳng đứng là: θ = arcsin(-F/mg) = arcsin(0,3/0,1 x 9,8) = 0,176 rad ≈ 10,09 độ

Công thức lực kéo về là một khía cạnh cơ bản của vật lý, nhưng đó không phải là lý do nó trở nên ít quan trọng. Nếu bạn cần sự hỗ trợ hoặc muốn tìm hiểu thêm về cách áp dụng công thức này trong thực tế, đừng ngần ngại liên hệ với Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa qua HOTLINE 1900 2276.

Nguồn: https://luatduonggia.edu.vn
Danh mục: Tổng hợp