Có thể bạn chưa biết, để có thể giữ cho mặt trăng chuyển động quanh mặt trời là nhờ có lực hấp dẫn giữa trái đất và mặt trăng. Vậy lực hấp dẫn là gì? Đặc điểm, định luật của lực hấp dẫn như thế nào? Nội dung trong bài viết sau đây Wikihoc sẽ giải đáp chi tiết nhất.
Lực hấp dẫn là gì?
Ví dụ:
-
Nhờ có lực hấp dẫn của Trái Đất mà các vệ tinh nhân tạo có thể quay xung quanh Trái Đất
-
Nhờ có lực hấp dẫn mà chúng ta có thể thả một vật như cục đá, cây bút, chai nước,… rơi từ trên cao rơi xuống mặt đất.
Từ 2 ví dụ trên, chúng ta có thể rút ra được định nghĩa của lực hấp dẫn:
Qua nghiên cứu, lực hấp dẫn của trái đất tác động lên mọi vật thể có khối lượng. Do đó, mặc dù trái đất đang quay, chúng ta vẫn có thể đứng dễ dàng trên bề mặt trái đất mà không hề bị bất kỳ ảnh hưởng nào khác.
Bên cạnh đó, lực hấp dẫn cũng được định nghĩa là lực giữa các hành tinh ở trên quỹ đạo của chúng ta quay quanh Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng trên quỹ đạo xoay quanh Trái Đất. Lực hấp dẫn giúp chúng ta lý giải được sự hình thành của thủy triều và nhiều hiện tượng trong thiên nhiên.
Lưu ý: khi không có lực hấp dẫn, sẽ dẫn đến hiện tượng không trọng lực – hiện tượng mà khi đó con người và mọi vật sẽ trôi vô định, nổi lềnh bềnh trong không gian. Không trọng lượng thường xảy ra khi các nhà du hành di chuyển ra khỏi Trái Đất tới các vũ trụ khác.
Ai là người phát hiện ra lực hấp dẫn?
Tại vườn nhà ở trang viên Woolsthorpe tại Lincolnshire, vào năm 1666 Isaac Newton đã khám phá ra được lực hấp dẫn khi ông ngồi dưới gốc cây táo và bị quả táo rơi trúng đầu. Chắc hẳn có rất nhiều bạn đã nghe đến câu chuyện này, thậm chí nó còn là một phần nội dung của sách giáo khoa Vật lý.
Kết quả của việc tìm ra lực hấp dẫn không chỉ xuất phát từ khoảnh khắc quả táo rơi xuống, mà nó còn phụ thuộc vào quá trình nghiên cứu và suy nghĩ miệt mài của ông. Ông đặt ra câu hỏi tại sao khi táo rụng khỏi cành cây, chúng sẽ rơi thẳng xuống mặt đất thay vì bay ngược lên hoặc rơi ngang. Và cũng chính Newton đã giải đáp điều này bằng câu trả lời rằng, Trái Đất hút quả táo bằng một lực chưa được gọi tên.
Đặc điểm của lực hấp dẫn
Lực hấp dẫn có các đặc điểm sau đây:
-
Là lực hút
-
Trọng tâm của vật (chất điểm) là điểm đặt của lực hấp dẫn
-
Đường thẳng đi qua tâm của 2 vật bất kỳ là giá của lực hấp dẫn
Định luật vạn vật hấp dẫn là gì?
Trong chương trình học vật lí lớp 10, các em sẽ được học và làm quen với lực hấp dẫn. Đi kèm với đó chính là định luật vạn vật hấp dẫn cần phải nắm vững. Cụ thể:
Nội dung định luật vạn vật hấp dẫn
Phát biểu của Newton về định luật vạn vật hấp dẫn cho rằng trong vũ trụ, mỗi hạt đều hút mỗi hạt khác với tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng. Mặt khác, chúng sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm. Việc khám phá ra lý thuyết này được đánh giá là sự thống nhất vĩ đại đầu tiên. Nguyên nhân vì nó là dấu mốc cho sự hợp nhất của các hiện tượng hấp dẫn đã được mô tả trước đây trên Trái Đất với các hiện tượng thiên văn đã biết.
Lưu ý: Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng trong trường hợp khoảng cách giữa 2 vật là rất lớn so với kích thước của chúng.
Phương trình định luật vạn vật hấp dẫn
Hệ thức:
Trong đó:
-
Fhd: lực hấp dẫn
-
m1, m2 lần lượt là khối lượng của hai chất điểm
-
R là khoảng cách giữa chúng
-
gọi là hằng số hấp dẫn
Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn
Trọng lực là gì?
Trọng lực của một vật được định nghĩa là lực hấp dẫn giữa vật đó và Trái Đất. Trọng lực có điểm đặt tại trọng tâm của vật khi một vật có khối lượng m được thả rơi ở độ cao h so với mặt đất. Khi đó, có một trọng lượng P tác dụng lên vật.
Công thức tính trọng lực
Công thức xác định độ lớn của trọng lực:
Trong đó:
-
m là khối lượng của vật (kg)
-
M và R lần lượt là khối lượng và bán kính của Trái Đất
-
h là độ cao tính từ vật đến mặt đất (m)
Ta có P = m.g nên gia tốc rơi tự do có gia tốc rơi tự do được xác định như sau:
Lưu ý: Nếu vật được đặt ở gần mặt đất (h << R) thì g = (G.M)/R^2
Ứng dụng của định luật vạn vật hấp dẫn
Trong cuộc sống: Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy định luận vạn vật hấp dẫn tồn tại xung quanh cuộc sống. Ví dụ các hiện tượng tự nhiên như nhảy từ trên cao xuống thấp, tuyết rơi từ trên xuống, thả một đồ vật bất kỳ,…
Trong thiên văn học:
-
Lực hấp dẫn của Mặt Trời là yếu tố làm các hành tinh khác quay quanh Mặt trời. Lực hấp dẫn đóng vai trò là loại lực chi phối chuyển động của mọi thiên thể trong hệ Mặt trời và trong toàn vũ trụ.
-
Nhờ có lực hấp dẫn là các vật chất có thể gắn kết với nhau để hình thành nên Trái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác trong vũ trụ. Nếu không có lực hấp dẫn thì chúng sẽ tách rời nhau, tồn tại ở nhiều nơi khác nhau chứ không liên kết với nhau và tất nhiên sẽ không thể có được cuộc sống như chúng ta hiện tại.
-
Lực hấp dẫn còn có tác dụng giữ Mặt Trăng trên quỹ đạo quay quanh Trái Đất. Sự hình thành thủy triều và sự xuất hiện của các hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được cũng là kết quả của lực hấp dẫn.
Ví dụ thực tế: Trong các cuộc kháng chiến trong lịch sử dựng nước và giữ nước của dân tộc Việt Nam, chắc chắn rằng, ai cũng biết đến chiến thắng đánh bại quân Nam Hán trên sông Bạch Đằng năm 938 của Ngô Quyền. Chiến thắng này có được nhờ vào việc cắm bãi cọc sông.
Vì khi thủy triều lên, nước sẽ dâng cao, có khả năng che lấp các cây cọc này. Và sau khi thủy triều rút, mực nước rút xuống thấp để lộ những phần sắc nhọn của các chiếc cọc. Nhờ vào việc này mà các tàu thuyền của quân Nam Hán đã bị đâm thủng, cũng nhờ đó nhân dân ta giành được chiến thắng.
Một số bài tập về lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn (Lý 10)
Dưới đây là một số bài tập giúp các em củng cố kiến thức về lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn.
Câu 1: Một viên đá đang nằm yên trên mặt đất, lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng vào hòn đá có giá trị
A. Lớn hơn trọng lượng của hòn đá.
B. Nhỏ hơn trọng lượng của hòn đá.
C. Bằng trọng lượng của hòn đá
D. Bằng 0.
Đáp án: Chọn C.
Giải thích: Một viên đá đang nằm yên trên mặt đất, lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng vào hòn đá có giá trị bằng trọng lượng của hòn đá.
Câu 2: Hai quả cầu đồng chất có khối lượng 20 kg, khoảng cách giữa hai tâm của chúng là 50 cm, bán kính 10 cm. Biết rằng hệ số hấp dẫn là G = 6,67.10^-11 Nm2 /kg^2 . Tính độ lớn của lực tương tác hấp dẫn giữa chúng:
A. 1,0672.10^-8 N.
B. 1,0672.10^-6 N.
C. 1,0672.10^-7 N.
D. 1,0672.10^-5 N.
Đáp án: Chọn C
Giải thích: Áp dụng công thức định luật vạn vật hấp dẫn
Câu 3: Hai khối cầu giống nhau được đặt sao cho tâm cách nhau khoảng r thì lực hấp dẫn giữa chúng là F. Nếu thay một trong hai khối cầu trên bằng một khối cầu đồng chất khác nhưng có bán kính lớn gấp hai, vẫn giữ nguyên khoảng cách giữa hai tâm (hai khối cầu không chạm nhau) thì lực hấp dẫn giữa chùng lúc này bằng bao nhiêu?
A. 2F.
B. 16F.
C. 8F.
D. 4F.
Đáp án: Chọn C.
Giữ nguyên khoảng cách giữa hai tâm (hai khối cầu không chạm nhau) thì lực hấp dẫn giữa chúng lúc này là:
Câu 4: Ở mặt đất, một vật có trọng lượng 10N. Nếu chuyển vật này ở độ cao cách Trái Đất một khoảng R (R là bán kính Trái Đất) thì trọng lượng của vât bằng
A. 1 N.
B. 2,5 N.
C. 5 N.
D. 10 N.
Đáp án: Chọn B
Giải thích:
Câu 5: Hai tàu thủy, mỗi chiếc có khối lượng 50 000 tấn ở cách nhau 1km. Lấy g=10 m/s^2. So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một quả cân có khối lượng 20 g.
A. Lớn hơn
B. Bằng nhau
C. Nhỏ hơn
D. Chưa thể biết
Đáp án: Chọn C.
Giải thích: Lực hấp dẫn giữa 2 chiếc tàu thủy là
Trọng lượng của quả cân bằng: P = mg = 0,02.10 = 0,2 (N)
Vậy P>F
Câu 8: Bán kính Trái Đất là 6400km, gia tốc trọng trường ở mặt đất là 9,80 m/s^2. Tính gia tốc trọng trường ở độ cao 5km và ở độ cao bằng nửa bán kính Trái Đất.
Đáp án:
Phân tích bài toán:
Kết luận
Bài viết trên đã tổng hợp các kiến thức cần thiết liên quan đến lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn. Hy vọng với những thông tin mà Wikihoc cung cấp, các em có thể tự học và tự tìm hiểu một cách hiệu quả.
