Chuyên đề vật rắn, biến dạng của vật rắn, vật lí lớp 10

Biến dạng cơ của vật rắn

 

Chuyên đề vật rắn, biến dạng của vật rắn, vật lí lớp 10

Chuyên đề vật rắn, biến dạng của vật rắn, vật lí lớp 10
Chiều dài của thanh kim loại hình trụ đồng chất trước và sau khi chịu biến dạng kéo giãn

Quan sát thí nghiệm vật lí trên ta thấy thanh kim loại (vật rắn) bị kéo dãn, phần giữa của thanh kim loại bị co hẹp lại. Gọi chiều dài ban đầu của thanh kim loại là lo, chiều dài sau khi biến dạng là l ta có định nghĩa khái niệm độ biến dạng tỉ đối bằng biểu thức

Độ biến dạng tỉ đối của vật rắn

\[\varepsilon =\dfrac{|l-l_{o}|}{l_{o}}=\dfrac{|\Delta l|}{l_{o}}\]

Trong đó:

  • ε: gọi là độ biến dạng tỉ đối.
  • lo: chiều dài ban đầu của vật rắn.
  • l: chiều dài sau khi biến dạng của vật rắn.
  • Δl: độ biến dạng của vật rắn.
  • Δl > 0 => vật rắn chịu biến dạng kéo giãn. 
  • Δl < 0 => vật rắn chịu biến dạng nén (ép)

2/ Biến dạng đàn hồi của vật rắn:

Khi chịu tác dụng của ngoại lực, vật rắn bị biến dạng cơ, thay đổi hình dạng và kích thước. Khi không còn tác dụng của ngoại lực vật rắn trở lại hình dạng ban đầu thì biến dạng cơ như vậy được gọi là biến dạng cơ đàn hồi của vật rắn.

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

Chuyên đề vật rắn, biến dạng của vật rắn, vật lí lớp 10

Để thử độ bền của một chiếc điện thoại, các nhà kiểm nghiệm đặt nó trong một máy nén thủy lực, đặt giới hạn nén trong phạm vi trong thực tế có thể gặp phải (hình trái) cho thấy lực nén đã làm thân chiếc điện thoại bị cong đi, tuy nhiên khi lấy ra khỏi máy nén thủy lực nó lại trở lại hình dạng thẳng ban đầu, ta nói vật rắn (chiếc điện thoại) chịu tác dụng biến dạng cơ đàn hồi.

3/ Định luật Hooke về biến dạng cơ của vật rắn

a/ khái niệm ứng suất:

ứng suất là đại lượng vật lí đặc trưng cho tác dụng nén hoặc kéo của lực F tác dụng dọc theo trục của một vật rắn đồng chất hình trụ có tiết diện là S

Biểu thức của ứng suất

\[\sigma  =\dfrac{F}{S}\]

Trong đó:

  • F: lực nén hoặc kéo (N)
  • S: tiết diện của vật rắn hình trụ đồng chất (m2)
  • σ (đọc là sigma) : ứng suất của vật rắn (N/m$^{2 }$hoặc Pa)

ứng suất σ có biểu thức giống với áp suất nên có đơn vị giống áp suất tuy nhiên áp suất chỉ đặc trưng cho tác dụng nén (ép) còn ứng suất đặc trưng cho tác dụng nén (ép) và kéo của lực.

b/ Định luật Hooke (Húc) về biến dạng cơ của vật rắn:

Trong giới hạn đàn hồi của vật rắn, độ biến dạng tỉ đối ε tỉ lệ thuận với ứng suất của lực tác dụng vào vật rắn.

ε=α.σ

=> \[\dfrac{|\Delta l|}{l_{o}}=\alpha \dfrac{F}{S}\]

=>  \[F=\dfrac{1}{\alpha} \dfrac{S}{l_{o}}|\Delta l|=E\dfrac{S}{l_{o}}|\Delta l|\]

Trong đó:

  • F: lực đàn hồi của vật rắn (N)
  • E=1/α: gọi là suất đàn hồi hay suất Young (Pa)
  • k=ES/lo: độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của vật rắn (N/m)

Biến dạng nhiệt của vật rắn

Chuyên đề vật rắn, biến dạng của vật rắn, vật lí lớp 10
Thí nghiệm vật lí minh họa sự nở dài của vật rắn khi nhiệt độ thay đổi

Gọi lo là chiều dài ban đầu của vật rắn, l chiều dài sau khi biến dạng nhiệt của vật rắn ta có

Biểu thức xác định độ nở dài của vật rắn

Δl = l – l= αloΔt

trong đó

  • lo: chiều dài ban đầu của vật rắn
  • l: chiều dài sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
  • α: hệ số nở dài phụ thuộc vào bản chất của vật rắn
  • Δt=t2 – t1: độ tăng nhiệt độ của vật rắn
  • Δl: độ nở dài của vật rắn

Thí nghiệm vật lí về sự nở khối của vật rắn

Chuyên đề vật rắn, biến dạng của vật rắn, vật lí lớp 10
thí nghiệm vật lí chứng minh sự nở khối của vật rắn

Gọi Vo thể tích ban đầu của vật rắn, V là thể tích sau khi biến dạng nhiệt của vật rắn ta có

Biểu thức độ nở khối của vật rắn

ΔV = V – V= β.VoΔt = 3αVoΔt

Trong đó:

  • Vo: thể tích ban đầu của vật rắn
  • V: thể tích sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
  • β=3α: hệ số nở khối phụ thuộc vào bản chất của vật rắn
  • Δt=t2 – t1: độ tăng nhiệt độ của vật rắn
  • ΔV: độ nở khối của vật rắn

Độ nở diện tích:

ΔS = S – S= β’SoΔt = 2αSoΔt

Trong đó:

  • So: diện tích ban đầu của vật rắn
  • S: diện tích sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
  • β’=2α: hệ số nở diện tích phụ thuộc vào bản chất của vật rắn
  • Δt=t2 – t1: độ tăng nhiệt độ của vật rắn
  • ΔS: độ nở diện tích của vật rắn