 Show 35 BIẾN DẠNG CƠ CỦA VẬT RẮN 1. Kiến thức - Nêu được nguyên nhân gây ra biến dạng cơ của vật rắn. Phân biệt được hai loại biến dạng: biến dạng đàn hồi và biến dạng không đàn hồi (hay biến dạng dẻo) của các vật rắn dựa trên tính chất bảo toàn (giữ nguyên) hình dạng và kích thước của chúng. - Phát biểu được định luật Húc. 2. Kỹ năng - Phân biệt được các kiểu biến dạng kéo và nén của vật rắn dựa trên đặc điểm (điểm đặt, phương, chiều) tác dụng của ngoại lực gây nên biến dạng. - Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập đã cho trong bài. I - BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI 1. Thí nghiệm Khảo sát sự biến dạng (nén hoặc bị kéo) của thanh rắn (Video 35.1,2).
Mức độ biến dạng (nén hoặc bị kéo) của thanh rắn được xác định bởi độ biến dạng tỉ đối:
2. Giới hạn đàn hồi Nếu hình dạng và kích thước của vật rắn không trở lại như ban đầu thì vật rắn có tính dẻo và biến dạng của nó là biến dạng dẻo (hay biến dạng còn dư). Giới hạn đàn hồi là giới hạn trong đó vật còn giữ được tính đàn hồi (giới hạn đó có thể là độ lớn lực, hướng của lực hoặc thời gian tác dụng của lực). Video 35.1 Video 35.2 II - ĐỊNH LUẬT HÚC 1. Ứng suất Thí nghiệm chứng tỏ độ biến dạng tỉ đối e của thanh rắn không những phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng F mà còn phụ thuộc vào tiết diện ngang S của thanh đó. Nếu F càng lớn thì S càng nhỏ và e càng lớn. Như vậy, độ biến dạng tỉ đối e của thanh rắn phụ thuộc vào thương số: Đại lượng s gọi là ứng suất. Đơn vị đo củas là paxcan (Pa): 1 Pa = 1N/m2 2. Định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn Nhà bác học người Anh Rô-bớt Húc (Robert Hooke, 1635 - 1703) là người phát minh ra định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn: Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn (đồng chất, hình trụ) tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó. với α là hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu vật rắn (N/m). 3. Lực đàn hồi Từ công thức (35.3) suy ra: Dưới tác dụng của lực không đổi F, thanh rắn biến dạng một đoạn ∆l. Khi đó, theo định luật III Niutơn và định luật Húc, ta tìm được độ lớn của lực đàn hồi là: (35.5) Trong đó: là suất đàn hồi hay suất Y-âng (Young) đặc trưng cho tính đàn hồi của vật rắn. Đơn vị đo của E cũng là paxcan (Pa). với là hệ số đàn hồi hay độ cứng (N/m) phụ thuộc bản chất và kích thước của thanh rắn. 4. Giới hạn bền và hệ số an toàn của vật liệu
Treo vào một dây thép những vật có trọng lượng tăng dần ta thấy khi lực tác dụng lên dây còn nhỏ thì biến dạng của dây là đàn hồi. Khi lực tác dụng đạt tới một giá trị nào đó thì biến dạng của dây trở thành biến dạng còn dư. Khi lực đạt tới giá trị Fb thì dây đứt. Thương số của Fb và tiết diện ngang của dây gọi là giới hạn bền của vật liệu làm dây: Giới hạn bền được tính ra N/m2.
Khi chế tạo máy móc hoặc xây dựng các công trình phải chú ý tới giới hạn bền của vật liệu. Phải tính toán sao cho mỗi đơn vị tiết diện ngang của vật liệu chỉ phải chịu những lực nhỏ hơn giới hạn bền của vật liệu n lần. Hệ số n càng lớn thì công trình càng an toàn. Hệ số n được gọi là hệ số an toàn của vật liệu. n thường có giá trị từ 1,7 đến 10. Video 35.3 Sự thay đổi hình dạng và kích thước của vật rắn do tác dụng của ngoại lực gọi là biến dạng cơ. - Tùy thuộc cường độ của lực và thời gian tác dụng của lực, vật rắn có thể bị biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng dẻo. - Tùy thuộc điểm đặt và phương chiều tác dụng của lực, vật rắn có thể bị biến dạng theo các kiểu khác nhau : kéo, nén, cắt, xoắn và uốn. Biến dạng đàn hồi kéo (hoặc nén của thanh rắn tuân theo định luật Hooke: F = kΔl trong đó k là hệ số đàn hồi phụ thuộc bản chất và kích thước của thanh rắn: k = ES/lo với E là suất đàn hồi đặc trưng cho tính chất đàn hồi của thanh rắn bị biến dạng. Đơn vị đo E là paxcan (Pa): 1Pa = 1N/m2. Câu 1. Trong điều kiện nào vật rắn bị biến dạng? Câu 2. Hãy kể tên các kiểu biến dạng của thanh rắn và nếu thí dụ minh họa. Câu 3. Phân biệt tính đàn hồi và tính dẻo của vật rắn. Các tính chất này phụ thuộc những yếu tố nào? Câu 4. Khái niệm ứng suất. Biểu thức?Đơn vị? Câu 5. Phát biểu định luật Húc cho biến dạng đàn hồi của thanh rắn bị kéo hay nén? Biểu thức? Câu 6.Suất đàn hồi (suất Young), giới hạn đàn hồi là gì? Biểu thức độ biến dạng tỉ đối và khái niệm biến dạng cơ của vật rắn? Câu 7. Viết biểu thức và đơn vị đo giới hạn bền của thanh rắn. Hệ số an toàn của thanh rắn là gì? 35.1. Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứn gở cột bên phải để thành một câu có nội đúng. 1. Sự thay đổi hình dạng và kích thướt của vật rắn do tác dụng của ngoại lực là
2. Biến dạng mà vật rắn lấy lại được kích thướt và hình dạng ban đầu khi ngoại lực ngừng tác dụng là
3. Đại lượng xác định bởi thương số giữa ngoại lực làm biến dạng than rắn và tiết diện ngang của thanh đó gọi là
4. Biến dạng có tác dụng làm tăng độ dài và giảm tiết diện ở phần giữa của thanh rắn gọi là
5. Biến dạng có tác dụng làm giảm độ dài và tăng tiết diện ở phần giữa của thanh rắn gọi là đ) ứng suất cơ. 6. Đơn vị đo độ cứng của thanh rắn là
7. Đơn vị đo suất đàn hồi của thanh rắn là
8. Giới hạn trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi gọi là
9. Lực đàn hồi có độ lớn tỉ lệ thuận với
10. Đại lượng đặc trưng cho tính đàn hồi, phụ thuộc bản chất và kích thướt thanh rắn là
11. Đại lượng đặc trưng cho tính đàn hồi , phụ thuộc bản chất thanh rắn là
35.2. Mức độ biến dạng của thanh rắn phụ thuộc những yếu tố nào?
35.3. Vật nào dưới đây chịu biến dạng kéo? A.Trụ cầu.
35.4. Vật nào dưới đây chịu biến dạnh nén?
35.5. Hệ số đàn hồi của thanh thép khi biến dạng kéo hoặc nén phụ thuộc như thế nào vào tiết diện ngang và độ dài ban đầu của thanh rắn?
35.6. Một sợi dây sắt dài gấp đôi nhưng có tiết diện nhỏ bằng nữa tiết diện của sợi dây đồng. Giữ chặt đầu trên của mỗi sợi dây và treo vào đầu dưới của chúng hai vật nặng giống nhau. Suất đàn hồi của sắt lớn hơn của đồng 1,6 lần. Hỏi sợi dây sắt bị dãn nhiều hơn hay ít hơn bao nhiêu lần so với sợi dây đồng?
35.7. Một thanh thép dài 5,0 m có tiết diện 1,5 cm2 được giữ chặt một đầu. Cho biết suất đàn hồi của thép là E = 2.1011 Pa. Lực kéo tác dụng lên đầu kia của thanh thép bằng bao nhiêu để thanh dài thêm 2,5 mm?
35.8. Một sợi dây đồng lúc đầu được căng thẳng ngang để phơi quần áo. Sau vài lần phơi quần áo nhẹ, sợi dây vẫn nằm thẳng ngang. Nhưng sau nhiều lần phơi chiếu ướt hoặc bông, ta thấy sợi dây đồng bị võng xuống rõ rệt. Tại sao? 35.9. Các thanh ray của đường xe lửa được chế tạo bằng các thanh thép chữ I. Tại sao? 35.10. Một thanh xà ngang bằng thép dài 5,0 m có tiết diện 25 m2. Hai đầu của thanh xà được gắn chặt vào hai bức tường đối diện. Hãy tính áp lực do thanh xà tác dụng lên các bức tường khi thanh xà dãn dài thêm 1,2 mm do nhiệt độ nó tăng. Thép có suất đàn hồi E = 20.1010 Pa. Bỏ qua biến dạng của các bức tường. Lực đàn hồi là gì lấy ví dụ?Khi ta dùng hai tay kéo dãn mộ lò xo, hai tay của ta đều chịu tác dụng lực kéo lại của lò xo, lực đó gọi là lực đàn hồi của lò xo. Ví dụ: Lực gây ra bởi một chiếc lò xo khi nó bị đèn nén hoặc bị kéo giãn ra. Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng. Khi nào có thế năng đàn hồi cho ví dụ?Thế năng đàn hồi xuất hiện khi có lực tác dụng vào vật, khiến cho vật biến dạng. Ví dụ như: Chiếc lò xo bị kéo dài ra, quả bóng tennis khi rơi chạm xuống sân, chai nhựa bị bóp méo,… Tất cả những vật này khi bị lực tác động làm biến dạng và tạo ra thế năng đàn hồi. Vật Dân hội là gì cho ví dụ?Tính chất đàn hồi của vật là tính chất mà vật có thể trở lại hình dạng ban đầu của nó sau khi lực gây ra biến dạng đàn hồi ngừng tác dụng. Ví dụ: Dùng tay kéo dãn một sợi dây chun, sợi dây dài ra, khi buông tay ra thì nó trở lại chiều dài ban đầu. Biển đang dần hồi là như thế nào?Biến dạng đàn hồi là những biến dạng có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chưa có lực tác dụng vào. Lực xuất hiện khi vật bị biến dạng có tác dụng khôi phục lại hình dạng ban đầu gọi là lực đàn hồi. |
