Lò xo (từ tiếng Pháp: ressort) là các
vật thể đàn hồi được sử dụng
trong các hệ thống cơ học. Lò xo được phân thành hai loại:
·
biến
dạng theo ý muốn
·
có lực
đàn hồi theo ý muốn
Các lò xo thường có một vị trí cân bằng khi
"nghỉ" (không có ngoại lực tác động), nhưng cũng có lò xo có nhiều vị trí nghỉ. lò xo lý thường chuyển hóa toàn bộ công năng của ngoại lực khi tác động
thành thế năng đàn hồi, và giải phóng toàn bộ thế năng này trở
lại thành công cơ học khi không có ngoại lực. Thực
tế, không có lò xo như vậy. lò xo thực tế luôn tiêu hao một phần công năng ngoại
lực thành nhiệt năng hay năng lượng khác không phục hồi
được.
Từ "lò xo" trong tiếng Việt được phiên âm từ le
ressort trong tiếng Pháp.
·
1Lịch sử
·
2Ứng dụng
·
3Liên hệ lực
đàn hồi theo biến dạng
·
4Tham khảo
·
5Liên kết ngoài
lò xo đầu tiên được loài người phát minh là cung tên, một mảnh gỗ cong
và đàn hồi, có tác dụng dự trữ năng lượng khi uốn cong bằng tay và giải phóng
năng lượng này thành động năng của mũi tên. Các bức vẽ cổ cho
biết cung tên đã được sử dụng từ cách đây 10000 năm.
Kẹp quần áo có lò xo
Ngày nay, lò xo được ứng dụng rộng rãi. Một số ví dụ như:
·
lực kế, cân trọng lượng...
trong khoa đo lường
·
giảm xóc xe cộ
·
phát
âm (chuông, loa phóng thanh...
·
lưu
trữ năng lượng (dây cót đồng hồ)
·
công tắc điện
·
bám
giữ vật (kẹp quần áo)
Đa số lò xo tuân theo liên 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:
(N/m)
hay (Nm/radian)
Với F hay T là lực (với
lò xo kéo/nén) hay mômen lực (với
lò xo quay); x hay là độ co
giãn hay góc quay. Nghịch đảo độ cứng, 1/k, là độ dẻo.
Lực của lò xo luôn ngược hướng với chiều biến dạng. Tức là lực
lò xo luôn có xu hướng làm vật trở về trạng thái không
biến dạng. Do dó, lực lò xo còn gọi là lực hồi phục, giúp vật
trở lại vị trí cân bằng, luôn hướng về vị trí cân bằng. Có thể thể hiện hướng
của lực lò xo:
F = -kx
với x là độ rời khỏi vị trí cân bằng, k là
hệ số đàn hồi hay độ cứng của lò xo.
Thực tế nhiều ứng dụng đòi hỏi các lò xo có liên hệ giữa lực và biến dạng không tuyến
tính. Bảng dưới tóm tắt các trường hợp cơ bản.
Tuyến tính
Các lò xo có đặc tính gần với định luật Hooke nhất là
các lò xo xoắn ốc với rất nhiều vòng xoắn, dùng
trong các thiết bị đo hay trong đồng hồ.
Gần tuyến tính
Đây là các lò xo thông dụng trong công nghiệp, tuân thủ gần đúng
định luật Hooke ở những biến dạng nhỏ hay trên các đoạn nhỏ chứ không trên toàn
bộ lò xo. Các lò xo sản xuất đại trà, dù cùng lô sản xuất, cũng có
thể có tính chất thay đổi mạnh từ cái này đến cái kia, với độ cứng có thể thay
đổi đến 20%.
Tuyến tính lệch
Để làm biến dạng loại lò xo này, lực tác động cần vượt qua một ngưỡng nhất
định. Sau ngưỡng đó, biến dạng là gần tuyến tính với lực.
Phi tuyến dương tính
Đối với dạng này, biến dạng lớn đòi hỏi lực lớn hơn là quan hệ tuyến tính.
Trung tính hay Âm tính
Các lò xo kiểu này có thể là tấm sắt bị
hút bởi nam châm. Trong trường lực của nam châm, khi tấm sắt bị đẩy ra
xa, lực hút giảm.
Biến đổi
Loại lò xo này có thể được ứng dụng trong các phím bấm.
Chúng tạo nên các tín hiệu bấm chính xác, và cảm giác giác sử dụng thuận tiện.
Không hồi phục
Loại lò xo này giữ nhiều trạng thái nghỉ, và chuyển từ
trạng thái này sang trạng thái kia khi biến dạng vượt qua một giới hạn nhất
định. Trong giới hạn, biến dạng vẫn có thể hồi phục.