Công cụ tính định luật Hooke (F = kx)

Định luật Hooke

Định luật Hooke mô tả lực phục hồi của một lò xo lý tưởng: lực cần để kéo dãn hoặc nén lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng so với chiều dài tự nhiên của nó.

$F = kx$

• F — lực đàn hồi, đơn vị newton (N)
• k — độ cứng lò xo, đơn vị newton trên mét (N/m) — luôn dương; là thước đo độ "cứng"
• x — độ biến dạng so với chiều dài tự nhiên (chưa kéo dãn) của lò xo, đơn vị mét (m)

Nhập 2 trong 3 giá trị và để trống giá trị còn lại; công cụ sẽ giải và hiển thị bước thay số.

Ví dụ minh hoạ

Một lò xo có độ cứng 200 N/m bị kéo dãn 0.1 m. Lực đàn hồi tạo ra là bao nhiêu?

1. Công thức: F = kx
2. Thay số: F = 200 × 0.1
3. Kết quả: F = 20 N

Giải ngược

Cùng công thức đó có thể biến đổi để tìm độ cứng lò xo hoặc độ biến dạng khi biết lực:

• Độ cứng lò xo: k = F / x — nhập F và x, để trống k.
• Độ biến dạng: x = F / k — nhập F và k, để trống x.

Ví dụ: lực 20 N kéo dãn lò xo 0.1 m nghĩa là k = 20 / 0.1 = 200 N/m. Và lực 20 N tác dụng lên lò xo có độ cứng 200 N/m cho x = 20 / 200 = 0.1 m.

Những nhầm lẫn thường gặp

• Quên độ cứng lò xo đã bao gồm "trên mỗi mét". k đã tính theo đơn vị mét — đừng nhân thêm chiều dài lần nữa.
• Nhầm độ biến dạng với tổng chiều dài. x là quãng đường lò xo đã di chuyển so với chiều dài tự nhiên, không phải tổng chiều dài lò xo sau khi kéo dãn.
• Cho rằng định luật Hooke đúng với mọi biến dạng. Định luật này chỉ đúng trong giới hạn đàn hồi của lò xo — kéo dãn quá mức thì lực không còn tỉ lệ với độ biến dạng nữa.

Ứng dụng thực tế

Định luật Hooke là nền tảng của năng lượng tích trữ trong một lò xo bị kéo dãn hoặc nén, U = ½kx², được suy trực tiếp từ cùng quan hệ F = kx này. Giống như công cụ tính lực tổng quát (F = ma), định luật Hooke liên hệ một lực với độ biến dạng thay vì khối lượng, và lực đó có thể sinh công lên bất cứ vật gì gắn với lò xo.