Đầy đủ lý thuyết và bài tập biến dạng cơ của vật rắn - Vật Lý 10 VUIHOC

1. Biến dạng đàn hồi

1.1. Thí nghiệm

Mức độ biến dạng của một thanh rắn (bị kéo hoặc nén) thì sẽ xác định bởi độ biến dạng tỉ đối có công thức như sau: $\varepsilon $=$\frac{\left | l-l_0 \right |}{l_0}$=$\frac{\left | \Delta l \right |}{l_0}$

Trong đó:

• ε: được gọi là độ biến dạng tỉ đối.
• $l_0$: được gọi là chiều dài ban đầu của vật rắn đó.
• l: được gọi là chiều dài sau khi biến dạng của vật rắn đó.
• Δl: được gọi là độ biến dạng của vật rắn.

Nếu Δl > 0 => vật rắn đã chịu biến dạng kéo giãn. 

Nếu Δl < 0 => vật rắn đã chịu biến dạng nén (ép)

Sự thay đổi về kích thước hay hình dạng của vật rắn nào đó do tác dụng của ngoại lực được gọi là biến dạng cơ. Nếu vật rắn này lấy lại được kích thước và hình dạng giống như ban đầu khi ngoại lực dừng tác dụng, thì biến dạng của vật rắn được gọi là biến dạng đàn hồi và vật rắn đó có khả năng đàn hồi.

1.2. Giới hạn đàn hồi

Khi vật rắn bất kỳ chịu một tác dụng của lực quá lớn thì nó có thể bị biến dạng mạnh dẫn tới không thể lấy lại được kích thước và hình dạng như ban đầu. Trong trường hợp này vật rắn đã bị mất đi tính đàn hồi và biến dạng của nó được gọi là biến dạng không đàn hồi (hay còn gọi biến dạng dẻo).

Giới hạn mà trong đó vật rắn vẫn còn giữ được tính đàn hồi ban đầu của nó được gọi là giới hạn đàn hồi.

Đăng ký ngay khóa học DUO để được lên lộ trình ôn thi tốt nghiệp sớm nhất!

2. Định luật Húc

2.1. Ứng suất

Độ biến dạng tỉ đối ε của một thanh rắn sẽ phụ thuộc vào thương số dưới đây:

$\sigma $=$\frac{F}{S}$

Trong đó:

$\sigma $ được gọi là ứng suất với đơn vị là paxcan (Pa) (1Pa = 1N/m²)

2.2. Định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn

Trong giới hạn của tính đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của một vật rắn (hình trụ và đồng chất) sẽ tỉ lệ thuận với ứng suất đã tác dụng vào vật rắn đó.

$\varepsilon $=$\frac{\left | \Delta l \right |}{l_0}$=$\sigma \alpha $

Trong đó:

α được gọi là hệ số tỉ lệ và sẽ phụ thuộc chất liệu tạo thành vật rắn.

2.3. Lực đàn hồi

Độ lớn của lực đàn hồi Fđh ở trong vật rắn sẽ tỉ lệ thuận với độ biến dạng |Δl|=|l−lo| của vật rắn đó.

$F_{đh}$=k.|Δl|

Trong đó:

• k được coi là độ cứng (hay còn là hệ số đàn hồi) của vật chất rắn có đơn vị là N/m;  k=$E\frac{S}{l_0}$
• E được gọi là suất đàn hồi và đặc trưng cho tính đàn hồi của vật chất rắn có đơn vị là Pa; E=$\frac{1}{\alpha }$

3. Bài tập luyện tập biến dạng cơ của vật rắn

3.1. Thực hành bài tập tự luận

Bài 1: Một sợi dây có cấu tạo bằng kim loại dài 2m, đường kính 0,75mm. Khi được kéo bằng một lực có độ lớn là 30N thì sợi dây kim loại dãn ra thêm 1,2mm.

a. Hãy tính suất đàn hồi của sợi dây.

b. Cắt dây kim loại thành 3 phần bằng nhau rồi lại kéo bằng một lực có độ lớn là 30N thì độ dãn của dây kim loại này là bao nhiêu?

Bài 2: a. Phải treo một vật có khối lượng bằng bao nhiêu vào một lò xo có hệ số đàn hồi k = 250 N/m để nó dãn $\Delta l$ = 1cm. Lấy g = 10m/s²

b. Một sợi dây bằng đồng thau dài 1,8m có đường kính 0,8mm. Khi bị kéo bằng một lực 25N thì thanh bị dãn ra một đoạn bằng 1mm. Xác định suất Young E của đồng thau

Bài 3: Một thanh thép dài 4m, có tiết diện 2cm². Phải tác dụng lên thanh thép một lực kéo bằng bao nhiêu để thanh dài thêm 1,5mm? Có thể dùng thanh thép để treo các vật có trọng lượng bằng bao nhiêu mà không bị đứt? Biết suất Young và giới hạn bền của thép là 2.10¹¹Pa và 6,86.10⁸Pa

Bài 4: Một dây thép có chiều dài 2,5m, tiết diện 0,5mm² được kéo căng bởi lực 80N thì thanh thép dài ra 2mm, tính:

a. Suất đàn hồi của sợi dây

b. Chiều dài của dây thép khi được kéo bằng lực 100N, coi tiết diện không đổi.

Bài 5: Một thanh trụ tròn bằng đồng thau dài 10cm, suất đàn hồi 9.10⁹Pa có tiết diện ngang 4cm

a. Tìm chiều dài của thanh khi nó chịu lực nén 100000N

b. Nếu lực nén giảm đi một nửa thì bán kính tiết diện của thanh phải bằng bao nhiêu để chiều dài của thanh là không đổi?

3.2 Thực hành bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Khi chúng ta xét đến biến dạng đàn hồi kéo của một vật rắn, ta có thể sử dụng trực tiếp được:

  A. Định luật III Niutơn.

  B. Định luật Húc.

  C. Định luật II Niutơn.

  D. Định luật bảo toàn động lượng.

Câu 2: Một thanh rắn có hình trụ tròn và có tiết diện là S, độ dài ban đầu của thanh rắn là lo, thanh rắn này tạo ra bằng chất liệu có suất đàn hồi E, biểu thức nào sau đây đã xác định đúng hệ số đàn hồi k của thanh rắn đó?

  A. k=$S\frac{l_0}{E}$

  B. k=$E\frac{l_0}{S}$

  C. k=$E\frac{S}{l_0}$

  D. k=$ESl_0$

Câu 3: Định luật Húc chỉ có thể áp dụng được ở trường hợp nào dưới đây?

   A. Trong giới hạn mà vật chất rắn còn khả năng đàn hồi.

   B. Với những vật chất rắn sở hữu khối lượng riêng nhỏ.

   C. Với những vật chất rắn sở hữu dạng hình trụ tròn.

   D. Cho mọi trường hợp.

Câu 4: Mức độ biến dạng của một thanh rắn (bị kéo hay nén) sẽ phụ thuộc yếu tố nào sau đây?

   A. Độ lớn của một lực tác dụng lên.

   B. Độ dài lúc đầu của thanh rắn đó.

   C. Tiết diện ngang của thanh rắn.

   D. Độ lớn của lực mà tác dụng lên và tiết diện chiều ngang của thanh rắn.

Câu 5: Ở trong giới hạn đàn hồi, ta có độ biến dạng tỉ đối của một thanh rắn sẽ tỉ lệ thuận với đại lượng nào ở dưới đây?

   A. Tiết diện ngang của thanh

   B. Ứng suất mà tác dụng lên thanh rắn này

   C. Độ dài lúc đầu của thanh rắn

   D. Cả ứng suất tác dụng và độ dài lúc đầu của thanh rắn

Câu 6: Độ cứng (hay còn gọi là hệ số đàn hồi) của một vật rắn (có hình trụ đồng chất) sẽ phụ thuộc những yếu tố nào ở dưới đây?

   A. Chất liệu của vật rắn

   B. Tiết diện của vật rắn

   C. Độ dài lúc đầu của vật rắn

   D. Cả ba yếu tố trên.

Câu 7: Một sợi dây bằng kim loại có độ dài $l_0$ = 1,8m và có đường kính d = 0,5mm. Khi dây này bị kéo bằng một lực F = 20N thì sợi dây bằng kim loại đã bị dãn ra thêm ∆ℓ = 1,2mm. Suất đàn hồi của chất liệu kim loại đã làm nên dây là:

   A. E = 15,81.1010 Pa

   B. E = 11,9.1010 Pa

   C. E = 15,28.1010 Pa

   D. E = 12,8.1010 Pa

Câu 8: Một thanh bằng chất liệu thép tròn có đường kính 16mm và suất đàn hồi E = 2.1011 Pa. Giữ chặt một đầu của thanh bằng thép này rồi nén đầu còn lại của thanh thép bằng một lực F = 1,6.105 N để thanh bằng thép này có sự biến dạng nén đàn hồi. Tính độ co ngắn tỉ đối |∆l| của thanh bằng thép ( $l_0$ là độ dài ban đầu, Δl là độ biến dạng nén).

   A. 0,695%

   B. 0,415%

   C. 0,688%

   D. 0,398%

Câu 9: Một dây được làm từ chất liệu là thép có chiều dài là 3m, đường kính tiết phương diện ngang là 0,4mm. Biết thép có suất đàn hồi là E = 2.1011 .Treo vào dây thép một vật có khối lượng bằng 4kg. Lấy g = 10m/m² . Độ biến dạng của dây thép lúc này sẽ là:

   A. 4,8 mm

   B. 3,7mm

   C. 8,5 mm

   D. 7,3 mm

Câu 10: Một chiếc đèn chùm có khối lượng ban đầu bằng 120kg và được treo lên bằng một sợi dây được làm từ nhôm với giới hạn bền của chất liệu nhôm là 1,1.108 Pa. Dây treo cần phải có tiết diện ngang bằng bao nhiêu để ứng suất kéo được gây bởi trọng lượng của vật này sẽ không vượt quá 20% giới hạn bền của vật liệu làm nên dây? Cho E nhôm = 7.107 Pa và lấy g = 10m/s². Chọn đáp án chính xác.

   A. S ≥ 24 mm²

   B. S = 50 mm²

   C. S ≥ 54 mm²

   D. S < 50 mm²

Câu 11: Một dây kim loại được làm từ chất liệu thép có đường kính theo tiết diện bằng 6mm được dùng để treo một trọng vật có khối lượng khoảng 10 tấn. Cho biết giới hạn bền của dây được làm từ thép là 3.1010 N/m². Lấy g = 10 m/s². Hệ số an toàn sẽ là:

   A. 6,9

   B. 6,8

   C. 8,6

   D. 9,6

Câu 12: Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của một thanh rắn sẽ tỉ lệ thuận với đại lượng nào ở dưới đây?

   A. Tiết diện ngang của thanh rắn

   B. Ứng suất tác dụng lên thanh rắn

   C. Độ dài lúc đầu của thanh rắn

   D. Cả ứng suất tác dụng và độ dài lúc đầu của thanh rắn

Câu 13: Hệ số đàn hồi của một thanh bằng thép sau khi biến dạng kéo hay nén sẽ phụ thuộc như thế nào vào tiết diện ngang của thanh thép và độ dài lúc đầu của thanh thép?

   A. Tỉ lệ thuận với tích của độ dài lúc đầu và tiết diện chiều ngang của thanh thép

   B. Tỉ lệ thuận với độ dài lúc đầu nhưng tỉ lệ nghịch với tiết diện chiều ngang của thanh thép

   C. Tỉ lệ thuận với tiết diện chiều ngang nhưng tỉ lệ nghịch với độ dài lúc đầu của thanh thép

   D. Tỉ lệ nghịch với tích của độ dài lúc đầu và tiết diện chiều ngang của thanh thép

Câu 14: Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của một vật rắn và đồng chất, có hình trụ sẽ:

   A. tỉ lệ nghịch với ứng suất tác dụng lên vật rắn đó

   B. $\varepsilon $=$\frac{\left | \Delta l \right |}{l_0}$

   C. $\varepsilon $=$\frac{l_0}{\Delta l}$=$\sigma \alpha $

   D. không phụ thuộc vào chất liệu được tạo ra vật rắn

Câu 15: Vật nào sau đây đã bị chịu biến dạng nén?

   A. Dây cáp của chiếc cầu treo. 

   B. Thanh nối ở các toa xe lửa khi đang chạy. 

   C. Chiếc xà beng đang bẩy lên một tảng đá rất to. 

   D. Trụ cầu. 

ĐÁP ÁN:

Qua bài viết này, VUIHOC mong rằng có thể giúp các em hiểu được phần nào kiến thức về biến dạng cơ của vật rắn. Để học nhiều hơn các kiến thức Vật lý 10 cũng như Vật lý THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!

>>>Xem thêm: Nắm trọn kiến thức về lực hướng tâm Vật Lý 10 VUIHOC

>>>Xem thêm: Tổng hợp kiến thức Vật Lý 10 về áp suất chất lỏng đầy đủ và dễ hiểu nhất