Bài 33: Biến dạng của vật rắn

1. Kiến thức trọng tâm

Khi chịu tác dụng của ngoại lực, vật rắn có thể bị biến dạng, tức là thay đổi hình dạng hoặc kích thước. Có hai loại biến dạng cơ bản: biến dạng kéo và biến dạng nén. Nếu sau khi ngoại lực thôi tác dụng, vật trở lại hình dạng ban đầu thì biến dạng là biến dạng đàn hồi. Nếu vật không trở lại được hình dạng ban đầu, biến dạng là biến dạng dẻo hay biến dạng không đàn hồi.

Đối với một thanh bị kéo dọc theo trục, độ biến dạng tỉ đối là $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$, trong đó $l_0$ là chiều dài ban đầu và $\Delta l$ là độ dãn. Ứng suất kéo tác dụng lên thanh là $\sigma = \frac{F}{S}$, với $F$ là lực kéo và $S$ là tiết diện ngang của thanh. Trong giới hạn đàn hồi, ứng suất tỉ lệ thuận với độ biến dạng tỉ đối theo định luật Hooke: $\sigma = E\varepsilon$, trong đó $E$ là suất đàn hồi hay mô đun Young, đặc trưng cho tính cứng của vật liệu.

2. Ví dụ minh họa

Một sợi dây thép có tiết diện $2,mm^2$ và suất đàn hồi $E = 2 \cdot 10^{11},Pa$ chịu lực kéo $400,N$. Tính ứng suất và độ biến dạng tỉ đối của dây.

Lời giải: Đổi $S = 2,mm^2 = 2 \cdot 10^{-6},m^2$. Ứng suất: $\sigma = \frac{F}{S} = \frac{400}{2 \cdot 10^{-6}} = 2 \cdot 10^8,Pa$. Độ biến dạng tỉ đối: $\varepsilon = \frac{\sigma}{E} = \frac{2 \cdot 10^8}{2 \cdot 10^{11}} = 10^{-3}$. Vậy dây dãn ra $0{,}1$ so với chiều dài ban đầu, ứng suất là $200,MPa$.

3. Ghi nhớ

• Biến dạng đàn hồi: vật trở lại hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực.
• Ứng suất: $\sigma = \frac{F}{S}$; độ biến dạng tỉ đối: $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$.
• Định luật Hooke: $\sigma = E\varepsilon$, với $E$ là suất đàn hồi.