Lò xo

Lò xo (từ tiếng Pháp: ressort) là những vật thể đàn hồi được sử dụng trong các hệ thống cơ học. Lò xo được chia thành hai loại:

• biến dạng theo ý muốn
• có lực đàn hồi theo ý muốn

Lò xo thường có một vị trí cân bằng khi 'nghỉ' (không chịu tác động của ngoại lực), nhưng cũng có loại có nhiều vị trí nghỉ. Trên lý thuyết, lò xo chuyển hóa toàn bộ công năng của ngoại lực thành thế năng đàn hồi, và giải phóng toàn bộ thế năng này trở lại thành công cơ học khi không còn ngoại lực. Tuy nhiên, trong thực tế, không có lò xo nào hoạt động hoàn toàn như vậy. Lò xo thực tế luôn tiêu hao một phần công năng ngoại lực thành nhiệt năng hoặc các dạng năng lượng khác không thể phục hồi.

Từ 'lò xo' trong tiếng Việt được phiên âm từ từ tiếng Pháp 'le ressort'.

Lịch sử

Lò xo đầu tiên mà loài người phát minh là cung tên, một mảnh gỗ cong và đàn hồi, giúp lưu trữ năng lượng khi bị uốn cong bằng tay và giải phóng năng lượng này thành động năng của mũi tên. Các hình vẽ cổ cho thấy cung tên đã được sử dụng từ 10.000 năm trước.

Phân loại

• Tập tin:Chuột máy tính dây rút.jpg

  lò xo lá (có thể thấy trong chuột máy tính dây rút)
• lò xo theo trục (loại thường thấy)

Ứng dụng của lò xo

Hiện nay, lò xo được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Một số ví dụ như:

• dụng cụ đo lực, cân trọng lượng trong đo lường
• giảm xóc cho phương tiện giao thông
• tạo âm thanh (chuông, loa phóng thanh)
• lưu trữ năng lượng (dây cót đồng hồ)
• công tắc điện
• giữ đồ vật (kẹp quần áo)
• bút bi
• cân đồng hồ

Mối quan hệ giữa lực đàn hồi và biến dạng

Hầu hết lò xo tuân theo mối quan hệ tuyến tính giữa lực đàn hồi và biến dạng (định luật Hooke). Hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo được định nghĩa là hằng số k:

$k=\frac{F}{x}$ (N/m) hoặc $$

k=Tθ{\displaystyle k={\frac {T}{\theta }}} (Nm/radian)

Với F hoặc T là lực (với lò xo kéo/nén) hoặc mômen lực (với lò xo xoắn); x hoặc $\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}$ là độ co giãn hoặc góc quay. Nghịch đảo của độ cứng, 1/k, là độ dẻo.

Lực của lò xo luôn ngược chiều với hướng biến dạng. Tức là lực lò xo luôn có xu hướng đưa vật trở về trạng thái không biến dạng. Vì vậy, lực lò xo còn được gọi là lực hồi phục, giúp vật trở lại vị trí cân bằng, luôn hướng về vị trí này. Có thể biểu diễn hướng của lực lò xo:

F = -kx

với x là khoảng cách rời khỏi vị trí cân bằng, k là hệ số đàn hồi hoặc độ cứng của lò xo.

Trong thực tế, nhiều ứng dụng yêu cầu lò xo có mối quan hệ phi tuyến tính giữa lực và biến dạng. Bảng dưới đây tóm tắt các trường hợp cơ bản.

Liên kết bên ngoài