Định luật Hooke là gì?
Định luật Hooke mô tả hành vi của một lò xo đàn hồi lý tưởng: lực phục hồi tỉ lệ thuận với độ giãn hoặc nén của lò xo so với chiều dài tự nhiên. Viết dưới dạng \(F = -k\cdot x\), trong đó F là lực đàn hồi (lực phục hồi), k là độ cứng của lò xo (hệ số đàn hồi), và x là độ biến dạng so với vị trí cân bằng. Dấu trừ cho biết lực luôn hướng ngược lại, kéo lò xo trở về vị trí ban đầu. Đây là một quan hệ vật lý mang tính phổ quát, đúng ở mọi nơi miễn là lò xo còn nằm trong giới hạn đàn hồi (vùng tuyến tính).
Cách sử dụng máy tính
Trước tiên, hãy chọn đại lượng bạn muốn tìm: lực đàn hồi, độ cứng lò xo, độ biến dạng, hoặc gia tốc của vật gắn vào lò xo. Sau đó nhập các giá trị đã biết và chọn đơn vị tương ứng — mọi giá trị đều được quy đổi sang hệ SI (newton, newton trên mét, mét, kilôgam) trước khi tính, rồi kết quả được đổi lại về đơn vị hiển thị bạn đã chọn. Dùng menu chọn số chữ số có nghĩa để làm tròn kết quả, hoặc để ở chế độ "auto" nếu muốn giữ độ chính xác tự nhiên.
Giải thích công thức
Quan hệ cốt lõi là $$F = -k\cdot x$$ Biến đổi lại: độ cứng lò xo là \(k = \frac{\left|F\right|}{\left|x\right|}\), và độ biến dạng là \(x = \frac{\left|F\right|}{\left|k\right|}\). Với một vật khối lượng m gắn vào lò xo, định luật II Newton cho ta gia tốc tức thời \(a = \frac{F}{m} = \frac{-k\cdot x}{m}\). Khi tính k hoặc x, ta dùng độ lớn (giá trị tuyệt đối); còn lực hiển thị vẫn giữ nguyên dấu để trung thành với công thức \(F = -k\cdot x\).
Ví dụ minh họa
Một lò xo có độ cứng \(k = 200\ \text{N/m}\) và bị kéo giãn \(x = 0{,}15\ \text{m}\). Lực đàn hồi là $$F = -(200 \times 0{,}15) = -30\ \text{N}$$ tức độ lớn 30 N hướng về vị trí cân bằng. Nếu gắn một vật nặng 2 kg và giữ nó ở độ biến dạng đó, gia tốc tức thời của vật sẽ là $$a = \frac{-30}{2} = -15\ \text{m/s}^2$$
Câu hỏi thường gặp
Tại sao lại có dấu trừ? Dấu trừ cho biết lực phục hồi ngược chiều với độ biến dạng — kéo giãn lò xo thì nó kéo trở lại, nén lò xo thì nó đẩy ra.
Khi nào định luật Hooke không còn đúng? Khi vượt qua giới hạn đàn hồi, lò xo bị biến dạng vĩnh viễn và lực không còn tỉ lệ tuyến tính với độ biến dạng nữa, nên công thức không còn áp dụng được.
Tôi có thể nhập độ biến dạng âm không? Có. Giá trị x âm biểu thị lò xo bị nén thay vì kéo giãn; dấu sẽ được giữ nguyên qua quan hệ tuyến tính.
