Định luật vạn vật hấp dẫn là gì?

Định luật vạn vật hấp dẫn là một định luật vật lý mô tả sức hấp dẫn giữa hai vật với khối lượng nhất định. Định luật này được đặt ra bởi nhà vật lý người Anh – Sir Isaac Newton vào năm 1687. Định luật này được áp dụng rộng rãi trong vật lý và thiên văn học để tính toán và dự đoán các hiện tượng như chuyển động của các hành tinh, vệ tinh và sao trong hệ mặt trời.

Theo định luật này, hai vật khác nhau có khối lượng m1 và m2 đặt ở khoảng cách r với nhau sẽ tác động lực hấp dẫn F lên nhau. Công thức tính lực hấp dẫn được mô tả bằng công thức sau:

Công thức lực hấp dẫn

Công thức tính lực hấp dẫn giữa hai vật với khối lượng m1 và m2 tại khoảng cách r:

F = G * (m1 * m2) / r²

Trong đó:

F là lực hấp dẫn giữa hai vật, tính bằng đơn vị Newton (N)
G là hằng số hấp dẫn vật lý, có giá trị khoảng 6,674 x 10^-11 N(m²/kg²)
m1 và m2 là khối lượng của hai vật, tính bằng đơn vị kilogram (kg)
r là khoảng cách giữa hai vật, tính bằng đơn vị mét (m)

Thực tế, định luật vạn vật hấp dẫn là một phần của lý thuyết về lực hấp dẫn và đã được chứng minh bởi nhiều nhà khoa học trong suốt hàng thế kỷ.

Đặc điểm của lực hấp dẫn

Để hiểu được lực hấp dẫn, ta có thể tìm hiểu qua 3 phương diện như sau:

Lực hấp dẫn là lực hút. Điểm đặt: Đặt tại trọng tâm của vật (chất điểm).
Giá của lực: Là đường thẳng đi qua tâm 2 vật.

Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với

Trọng lực và lực hấp dẫn

Trọng lực là một lực hấp dẫn tồn tại giữa Trái Đất và bất kỳ vật thể nào gần đó. Đây là lực hấp dẫn mà Trái Đất tác động lên mỗi vật thể và là nguyên nhân gây ra sự rơi tự do của vật thể khi chúng được thả trên không trung.

Xem Thêm: Định lý Talet và những hệ quả của định lý Talet

Trọng lực được tính bằng công thức sau:

F_g = m * g

Trong đó:

F_g là trọng lực, tính bằng đơn vị Newton (N)
m là khối lượng của vật thể, tính bằng đơn vị kilogram (kg)
g là gia tốc trọng trường, có giá trị trung bình khoảng 9,8 m/s² trên bề mặt Trái Đất

Tuy nhiên, trọng lực và lực hấp dẫn không phải là cùng một thứ. Lực hấp dẫn được mô tả bởi Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, trong đó nói rằng mọi vật thể trên Trái Đất đều tác động lực hấp dẫn lên nhau, tức là mọi vật thể đều có khả năng tác động lực hấp dẫn lên Trái Đất và ngược lại.

Công thức tính lực hấp dẫn giữa hai vật được mô tả bởi công thức sau:

F = G * (m₁ * m₂) / r²

Trong đó:

F là lực hấp dẫn giữa hai vật, tính bằng đơn vị Newton (N)
G là hằng số hấp dẫn vật lý, có giá trị khoảng 6,674 x 10^-11 N(m²/kg²)
m₁ và m₂ là khối lượng của hai vật, tính bằng đơn vị kilogram (kg)
r là khoảng cách giữa hai vật, tính bằng đơn vị mét (m)

Vì Trái Đất có khối lượng lớn , nên lực hấp dẫn mà Trái Đất tác động lên một vật thể sẽ lớn hơn nhiều so với lực hấp dẫn mà vật thể đó tác động lên Trái Đất. Điều này giải thích vì sao chúng ta có thể đứng trên bề mặt Trái Đất mà không bị rơi xuống không gian vì lực hấp dẫn của Trái Đất vẫn giữ chúng ta lại trên bề mặt.

Tóm lại, trọng lực và lực hấp dẫn là hai lực khác nhau, với trọng lực là một dạng đặc biệt của lực hấp dẫn, được tác động bởi Trái Đất lên một vật thể gần đó, còn lực hấp dẫn là lực tác động giữa hai vật thể, có giá trị bằng với tổng lực hấp dẫn mà mỗi vật thể tác động lên nhau.

Các câu hỏi liên quan đến lực hấp dẫn

1. Lực hấp dẫn là gì?

Lực hấp dẫn là một lực tác động giữa hai vật, tức là mỗi vật thể có khối lượng sẽ tác động lực hấp dẫn lên các vật khác xung quanh. Lực hấp dẫn được mô tả bởi định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, trong đó nói rằng mọi vật thể trên Trái Đất đều tác động lực hấp dẫn lên nhau. Công thức tính lực hấp dẫn giữa hai vật được mô tả bởi công thức F = G * (m₁ * m₂) / r², trong đó F là lực hấp dẫn, m₁ và m₂ là khối lượng của hai vật thể, r là khoảng cách giữa hai vật.

2. Lực hấp dẫn có ảnh hưởng như thế nào đến chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời?

Lực hấp dẫn là yếu tố quan trọng để giải thích và tính toán chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời. Các hành tinh của chúng ta đều xoay quanh Mặt trời theo quỹ đạo nhất định vì lực hấp dẫn của Mặt trời tác động lên chúng. Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton cho phép tính toán đường đi của các hành tinh, vệ tinh và sao trong hệ mặt trời. Lực hấp dẫn cũng là nguyên nhân khiến các hành tinh có thể tác động lẫn nhau và thậm chí có thể dẫn đến việc va chạm giữa chúng.

Xem Thêm: Thế năng là gì? Tìm hiểu công thức tính thế năng trong vật lý chính xác

3. Lực hấp dẫn có khác gì với trọng lực?

Trọng lực là một dạng đặc biệt của lực hấp dẫn, được tác động bởi Trái Đất lên một vật thể gần đó. Trọng lực được tính bằng công thức F_g = m * g, trong đó F_g là trọng lực, m là khối lượng của vật thể, g là gia tốc trọng trường, có giá trị trung bình khoảng 9,8 m/s² trên bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, lực hấp dẫn và trọng lực không phải là cùng một thứ. Lực hấp dẫn là lực tác động giữa hai vật thể, có giá trị bằng với tổng lực hấp dẫn mà mỗi vật thể tác động lên nhau. Trong khi đó, trọng lực là lực tác động của Trái Đất lên một vật thể gần đó. Trọng lực là lực hấp dẫn nhưng chỉ được tính đến lực hấp dẫn của Trái Đất lên vật thể đó, bỏ qua lực hấp dẫn mà vật thể đó tác động lên Trái Đất. Vì vậy, trọng lực thường được sử dụng để mô tả lực hấp dẫn đối với con người hoặc các vật thể nhỏ hơn so với Trái Đất.

4. Lực hấp dẫn có thay đổi khi khoảng cách giữa hai vật thể thay đổi không?

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton nói rằng lực hấp dẫn giữa hai vật thể có khối lượng m₁ và m₂ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Tức là, khi khoảng cách giữa hai vật thể tăng lên gấp đôi, lực hấp dẫn giữa chúng sẽ giảm xuống bốn lần. Tương tự, khi khoảng cách giữa hai vật thể giảm đi một nửa, lực hấp dẫn giữa chúng sẽ tăng lên bốn lần. Do đó, khoảng cách giữa hai vật thể ảnh hưởng trực tiếp đến lực hấp dẫn giữa chúng.

Bài tập Định luật vạn vật hấp dẫn

Bài tập 1:

Tính lực hấp dẫn giữa hai vật có khối lượng lần lượt là 10kg và 20kg, đặt cách nhau 5m. Gia tốc trọng trường g = 9,8m/s².

Giải:

Để tính lực hấp dẫn giữa hai vật, ta sử dụng công thức:

F = G * (m₁ * m₂) / r²

Với m₁ = 10kg, m₂ = 20kg, r = 5m và G = 6,674 x 10^-11 N(m²/kg²), ta có:

Xem Thêm: Hướng dẫn cách tính phân tử khối đơn giản và hiệu quả

F = 6,674 x 10^-11 * (10kg * 20kg) / 5²

F ≈ 2,134 x 10^-8 N

Vậy, lực hấp dẫn giữa hai vật là 2,134 x 10^-8 N.

Bài tập 2:

Trong hệ mặt trời, Trái Đất có khối lượng là 5,97 x 10²⁴ kg và Mặt trời có khối lượng là 1,99 x 10³⁰ kg. Khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt trời là 149,6 triệu km. Tính lực hấp dẫn của Mặt trời lên Trái Đất.

Giải:

Để tính lực hấp dẫn của Mặt trời lên Trái Đất, ta sử dụng công thức:

F = G * (m₁ * m₂) / r²

Với m₁ = 5,97 x 10²⁴ kg, m₂ = 1,99 x 10³⁰ kg, r = 149,6 triệu km (tương đương với 1,496 x 10¹¹ m) và G = 6,674 x 10^-11 N(m²/kg²), ta có:

F = 6,674 x 10^-11 * (5,97 x 10²⁴ kg * 1,99 x 10^30</

^kg) / (1,496 x 10¹¹)²

F ≈ 3,52 x 10²² N

Vậy, lực hấp dẫn của Mặt trời lên Trái Đất là 3,52 x 10²² N.

Bài tập 3:

Một vật có khối lượng là 5kg đặt trên bề mặt Trái Đất. Tính trọng lực và khối lượng của vật đó trên Mặt trăng, biết rằng khối lượng của Mặt trăng khoảng 1/6 khối lượng của Trái Đất.

Giải:

Trọng lực của vật được tính bằng công thức:

F_g = m * g

Với m = 5kg và g = 9,8m/s², ta có:

F_g = 5kg * 9,8m/s²

F_g ≈ 49N

Trên Mặt trăng, trọng lực của vật sẽ khác do trọng lực được tính dựa trên gia tốc trọng trường trên Mặt trăng. Gia tốc trọng trường trên Mặt trăng khoảng 1/6 gia tốc trọng trường trên Trái Đất, nên ta có:

F_g = m * g_m

Với g_m = 1/6 * 9,8m/s² ≈ 1,63m/s², ta có:

F_g = 5kg * 1,63m/s²

F_g ≈ 8,15N

Khối lượng của vật trên Mặt trăng không thay đổi, vì khối lượng của vật phụ thuộc vào khối lượng của vật đó, không phụ thuộc vào trọng lực của vật. Vì Mặt trăng có khối lượng khoảng 1/6 khối lượng của Trái Đất, nên khối lượng của vật trên Mặt trăng vẫn là 5kg.

Tham khảo:

Wikipedia contributors. (2022, April 7). Gravitation. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 08:17, April 12, 2023, from https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitation

Wikipedia contributors. (2023, April 9). Weight. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 08:17, April 12, 2023, from https://en.wikipedia.org/wiki/Weight

Wikipedia contributors. (2023, April 9). Newton’s law of universal gravitation. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 08:17, April 12, 2023, from https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_law_of_universal_gravitation