Định luật vạn vật hấp dẫn
Định luật vạn vật hấp dẫn là một định luật quan trọng trong vật lý, được khám phá bởi nhà vật lý vĩ đại Isaac Newton. Định luật này cho biết rằng mọi vật trong vũ trụ tác động lẫn nhau thông qua lực hấp dẫn.
Công thức lực hấp dẫn
Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Đặc điểm của lực hấp dẫn
Lực hấp dẫn là một lực tác động từ xa, qua không gian giữa các vật. Nó là lực phổ biến nhất và có ý nghĩa thực tiễn trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như lực hấp dẫn giữa Trái Đất và các vật trên Trái Đất.
Để hiểu lực hấp dẫn, ta có thể tìm hiểu qua 3 phương diện như sau:
- Lực hút: Được đặt tại trọng tâm của vật (chất điểm).
- Đường của lực: Là đường thẳng đi qua tâm của hai vật.
- Điều kiện áp dụng: Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng hoặc khi chúng là các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Thường thì trong bài toán, chúng ta luôn giả sử hai điều kiện trên được thoả mãn.
Trọng lực là một trường hợp đặc biệt
Trọng lực là một trường hợp đặc biệ t của lực hấp dẫn, được định nghĩa như sau:
- Trọng lực: Là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và một vật.
- Đặt vị trí: Đặt tại trọng tâm của vật.
- Công thức tính trọng lực: Khi tha rơi một vật có khối lượng m ở độ cao h so với mặt đất, thì trọng lượng P tác dụng lên vật (lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật) được tính bằng công thức: P = m × g. Theo định luật II của Newton, ta có công thức trên.
Trường hợp riêng của lực hấp dẫn: “trọng lực”
Trọng lực là một trường hợp đặc biệt của lực hấp dẫn, áp dụng cho vật thể trên bề mặt Trái Đất. Trọng lực được tính bằng công thức F = m * g, trong đó F là trọng lực, m là khối lượng của vật thể và g là gia tốc rơi tự do.
Ảnh hưởng của lực hấp dẫn đối với các vật gần Trái Đất
Lực hấp dẫn có ảnh hưởng đáng kể đối với các vật gần Trái Đất. Nó tạo ra trọng lực, làm cho các vật rơi xuống mặt đất và có thể tạo ra các hiện tượng như nặng và nhẹ, trượt trên mặt phẳng nghiêng, hay chuyển động của vật trên mặt đất.
Gia tốc rơi tự do là gì?
Gia tốc rơi tự do (kí hiệu g) là gia tốc mà một vật rơi tự do trên mặt đất trung bình có thể được xấp xỉ là 9.8 m/s². Tuy nhiên, giá trị này cũng có thể thay đổi tùy thuộc vào độ cao và độ sâu của vật so với mặt đất.
Tác động của lực hấp dẫn đối với các vật gần Trái Đất
Khi hai vật có khối lượng điểm gần nhau, lực hấp dẫn giữa chúng có một số đặc điểm sau:
- Lực hấp dẫn có hướng trùng với đường thẳng nối hai chất điểm.
- Lực hấp dẫn được tác động tại mỗi chất điểm.
- Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm là một cặp lực trực đối.
- Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm là một cặp lực cân bằng.
Đáp án: D. Lực hấp dẫn của hai chất điểm là một cặp lực cân bằng.
Lực hấp dẫn tác động lên một viên đá nằm trên mặt đất
Khi một viên đá nằm cố định trên mặt đất, lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên viên đá có giá trị bằng lực trọng lượng của viên đá đó.
Đáp án chính xác cho câu hỏi trên là: C. bằng trọng lượng của viên đá.
Lực tương tác hấp dẫn giữa hai quả cầu
Cho hai quả cầu có khối lượng 20 kg và khoảng cách giữa hai tâm là 50 cm. Biết hằng số hấp dẫn G có giá trị là 6,67430 × 10⁻¹¹ m³·kg⁻¹·s⁻². Ta cần tính độ lớn lực tương tác hấp dẫn giữa hai qu ả cầu.
Đáp án chính xác cho câu hỏi trên là: C. 1,0672 × 10⁻⁷ N.
Lực hấp dẫn giữa hai khối cầu
Hai khối cầu giống nhau được đặt cách nhau một khoảng r. Khi thay một trong hai khối cầu trên bằng một khối cầu đồng chất khác nhưng có bán kính lớn gấp hai, với khoảng cách giữa hai tâm không đổi (hai khối cầu không tiếp xúc), ta cần tính lực hấp dẫn giữa chúng trong trường hợp này.
Đáp án chính xác cho câu hỏi trên là: C. 8F.
Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng
Khoảng cách giữa Mặt Trăng và tâm Trái Đất là 38.107 m. Khối lượng của Mặt Trăng và Trái Đất tương ứng là 7,37 × 10²² kg và 6 × 10²⁴ kg. Hằng số hấp dẫn G có giá trị là 6,67430 × 10⁻¹¹ m³·kg⁻¹·s⁻². Ta cần tính độ lớn lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng.
Đáp án chính xác cho câu hỏi trên là: A. 0,204 × 10²¹ N.
