Lò xo

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Một lò xo
13-04-05-Skoda Museum Mladá Boleslav by RalfR-009.jpg

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:

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 tưởng 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.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

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.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Kẹp quần áo có lò xo

Ngày nay, lò xo được ứng dụng rộng rãi. Một số ví dụ như:

Liên hệ lực đàn hồi theo biến dạng[sửa | sửa mã nguồn]

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:

k = \frac F x (N/m) hay k = \frac T \theta (Nm/radian)

Với F hay Tlực (với lò xo kéo/nén) hay mômen lực (với lò xo quay); x hay \theta 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.
Deformation des ressorts 01 Vi.png
Montre Tribaudeau Besancon 01.jpg
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%.
Deformation des ressorts 02 Vi.png
Ressort de compression.jpg


Ressort en forme de cadre.jpg
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.
Deformation des ressorts 03 Vi.png
Ressort de traction à spires jointives.jpg
Phi tuyến dương tính
Đối với dạng này, biến dạng lớn đòi hỏi lực lớn hơn là quan hệ tuyến tính.
Deformation des ressorts 04 Vi.png
Ressorts de compression coniques.jpg


Ressort conique a vide.png
Ressort conique sous charge.png
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.
Deformation des ressorts 05 Vi.png
Aimant et barreau.png
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.
Deformation des ressorts 06 Vi.png


Bouton 1.png

Bouton 2.png
Clavier 02.jpg

Clavier 04.jpg
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.
Deformation des ressorts 07 Vi.png
Calotte en flambement.png

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]