Định luật Hooke là gì?
Định luật Hooke mô tả cách hoạt động của một lò xo đàn hồi lý tưởng. Định luật phát biểu rằng lực do lò xo sinh ra tỉ lệ thuận với độ giãn hoặc độ nén của nó so với vị trí tự nhiên (vị trí cân bằng). Mối quan hệ này được viết dưới dạng \(F = -k \cdot x\), trong đó F là lực phục hồi tính bằng newton (N), k là độ cứng của lò xo tính bằng newton trên mét (N/m), và x là độ biến dạng tính bằng mét (m). Dấu trừ cho thấy lực luôn có chiều ngược với độ biến dạng, tức là luôn kéo hoặc đẩy lò xo trở về vị trí cân bằng.
Cách sử dụng máy tính
Bạn hãy nhập độ cứng lò xo k — đại lượng đặc trưng cho độ "cứng" của lò xo, giá trị càng lớn thì lò xo càng cứng — và độ biến dạng x, là quãng đường lò xo bị giãn (giá trị dương) hoặc bị nén (giá trị âm). Máy tính sẽ trả về lực phục hồi F. Kết quả âm chỉ đơn giản có nghĩa là lực hướng ngược trở lại vị trí cân bằng; dòng độ lớn của lực cho biết cường độ tuyệt đối của lực đó.
Giải thích công thức
Trong công thức $$F = -k \cdot x$$ nếu độ biến dạng tăng gấp đôi thì lực cũng tăng gấp đôi, và nếu độ cứng tăng gấp đôi thì lực cũng tăng gấp đôi. Định luật Hooke chỉ đúng trong giới hạn đàn hồi của lò xo; nếu kéo giãn quá mức, vật liệu sẽ bị biến dạng vĩnh viễn và mối quan hệ tuyến tính không còn đúng nữa.
Ví dụ minh họa
Giả sử một lò xo có độ cứng k = 100 N/m và bị kéo giãn một đoạn x = 0,2 m. Khi đó $$F = -100 \times 0{,}2 = -20 \text{ N}.$$ Độ lớn của lực phục hồi là 20 N, hướng trở về vị trí cân bằng.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao lực lại mang giá trị âm? Dấu trừ cho thấy đây là lực phục hồi — nó luôn ngược chiều với độ biến dạng.
Nên dùng đơn vị nào? Hãy dùng newton trên mét cho k và mét cho x để thu được lực tính bằng newton (theo hệ đơn vị SI).
Định luật Hooke có luôn đúng không? Không. Định luật chỉ chính xác với những biến dạng nhỏ trong giới hạn đàn hồi. Vượt qua giới hạn này, lò xo sẽ hoạt động phi tuyến tính.
