Lực hấp dẫn là gì? Trọng lực là gì? Đặc điểm và ví dụ minh họa.

Lực này sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật và tỉ lệ thuận với khối lượng của vật.

Điều kiện áp dụng định luật:

• Khoảng cách giữa 2 vật rất lớn so với kích thước của chúng, khi đó 2 vật được coi là 2 chất điểm.
• Các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Khi ấy r là khoảng cách giữa hai tâm và lực hấp dẫn nằm trên đường nối tâm.

1.4. Lực hấp dẫn hình thành do đâu?

Hiểu rõ lực hấp dẫn là gì? Hình thành từ đâu? Khi một vật thể chịu sự tác động của ngoại lực sẽ làm nó bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển động. Xét trong hệ quy chiếu quán tính thì lúc này các vật di chuyển tự do, với vận tốc không thay đổi. Qũy đạo của chúng tạo thành những đường trắc địa hay còn gọi là độ cong của không thời gian. Hai vật thể cùng chịu những tác động sẽ sinh ra lực hút, và người ta gọi đó chính là lực hấp dẫn.

1.5. Ví dụ về lực hấp dẫn

• Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng giữ cho Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất.
• Lực hấp dẫn giữa Mặt Trời và các hành tinh giữ cho các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời.

Ví dụ 1:Tại sao gia tốc rơi tự do và trọng lượng của vật càng lên cao lại càng giảm?

Lời giải

Lực hấp dẫn giữa hai vật: F = G.Mm/d²

Trong đó M,m,d là khối lượng và khoảng cách giữa hai vật, G là hằng số hấp dẫn. 
Vật có khối lượng m nhỏ hơn nhiều so với trái đất, ta xem lực tác dụng của trái đất lên vật là F = P = mg gọi là trọng lực

Vật ở gần mặt đất: d = R (bán kính trái đất)

P = m.g = G(M.m/R2) (1)

Vật ở độ cao h ⇒ cách tâm trái đất: d = R+h

P’ = m.g’ = G. [(M.m)/(R + h)2] (2)

Lấy (2) chia (1) ta được:

g/g’ = R2/(R + h)2

Gia tốc trọng trường tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ vật đến tâm trái đất

Khi h càng lớn (càng lên cao) thì g càng giảm.

P = mg, nên khi g giảm => P giảm

Ví dụ 2: Một vật khối lượng 1 kg, ở trên mặt đất có trọng lượng 10N. Khi chuyển vật tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R (R là bán kính của Trái Đất) thì nó có trọng lượng bằng bao nhiêu?

Lời giải

Ta có độ lớn của trọng lực (trọng lượng): P = G.[m.M/(R + h)2]

Tại mặt đất (h = 0):

P1 = G.m.M/R2 = 10N

Ở độ cao cách tâm Trái Đất một đoạn 2R => h = R:

P2 = G.[m.M/(R + R)2 = G.(m.M/4R2) (2)

Từ (1) và (2)

Ví dụ 3: Hai tàu thủy, mỗi chiếc có khối lượng 50 000 tấn ở cách nhau 1 km. lấy g = 10 m/s2. So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một cái cân có khối lượng của một quả cân có khối lượng 20g.

A. Lớn hơn

B. Bằng nhau

C. Nhỏ hơn

D. Chưa thể biết

Lời giải

Lực hấp dẫn giữa hai tàu thuỷ là

Trọng lượng của 1 quả cân có khối lượng 20g:

P = m.g = 20.10-3.10 = 0,2N

⇒P > Fhd

Ví dụ 4: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75kg khi người đó ở

a) Trên Trái Đất (lấy g = 9,8 m/s2)

b) Trên Mặt Trăng (lấy gmt = 1,70 m/s2)

c) Trên Kim Tinh (lấy gkt = 8,7m/s2)

Lời giải

Áp dụng công thức : P = mg; m = 75kg.

a) Trọng lượng của nhà du hành vũ trụ khi người đó ở trên Trái Đất :

P = 75.9,8 = 735N.

b) Trọng lượng của nhà du hành vũ trụ khi người đó ở trên Mặt Trăng:

Pmt = 75.1,7 = 127,5N.

c) Trọng lượng của nhà du hành vũ trụ khi người đó ở trên Kim Tinh:

Pkt = 75.8,7 = 652,5N.

2. Trọng lực là gì?

Trọng lực là lực hút trái đất tác dụng lên một vật, có phương thẳng đứng và có chiều hướng về phía của trái đất. Trọng lực được xác định bằng cách tính khối lượng của vật với gia tốc tự do tại nơi đặt vật đó. Trọng lực sẽ có phương thẳng đứng và chiều từ hướng về phía trái đất.

Trọng lượng và trọng lực là hai lực hoàn toàn khác nhau.

Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn.

1.2. Công thức tính trọng lực

• Ta cũng có P = mg thì ta có gia tốc rơi tự do:
• Trường hợp nếu vật ở gần mặt đất (h

Xem thêm: Hai lực cân bằng là gì? Khái niệm, đặc điểm, cách xác định

3. Một số thực tế vui về lực hấp dẫn

• Trọng lực trên mặt trăng bằng khoảng 16% so với trọng lực trên Trái đất. Sao Hỏa có lực hút bằng khoảng 38% lực hút Trái đất. Còn hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời là Mộc tinh, có trọng lực gấp 2,5 lần trọng lực của Trái đất. (So sánh tương ứng trên bề mặt mỗi hành tinh.)
• Theo truyền thuyết kể lại rằng nhà thiên văn học nổi tiếng Galileo Galilei đã tiến hành một số thí nghiệm sớm nhất với lực hấp dẫn, thả rơi những quả cầu từ đỉnh Tháp nghiêng Pisa để xem chúng rơi nhanh bao nhiêu.
• Nhà khoa học Isaac Newton lúc đó chỉ mới 23 tuổi và vừa tốt nghiệp đại học khi ông để ý một quả táo rơi trong vườn nhà mình và bắt đầu "vén màn bí ẩn" của loại lực hấp dẫn. (Có lẽ đây là một huyền thoại vui đã được nhiều người biết đến.)

• Một phép đo kiểm tra thuyết tương đối của nhà khoa học Einstein là sự bẻ cong của ánh sáng sao đi qua gần với mặt trời trong kỳ nhật thực toàn phần xảy ra hôm 29 tháng 5 năm 1919.
• Lỗ đen là ngôi sao khối lượng lớn đã co lại có lực hấp dẫn mạnh tới mức kể cả ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi nó.
• Thuyết tương đối rộng của nhà khoa học Einstein không tương thích với cơ học lượng tử. Những định luật kỳ lạ chi phối hành trạng của những hạt nhỏ xíu cấu tạo nên vũ trụ – ví dụ như photon và electron.

Trên đây là một số thông tin, khái niệm về lực hấp dẫn và trường hợp đặc biệt của lực hấp dẫn là trọng lực. Hi vọng những thông tin này sẽ giúp ích cho bạn. Chúc bạn có một ngày mới vui vẻ!