Định luật vạn vật hấp dẫn là gì? Công thức tính lực hấp dẫn và bài tập áp dụng về định luật vạn vật hấp dẫn được tổng hợp qua bài sau đây.
1. Lực hấp dẫn là gì?
Trong vũ trụ mọi vật đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa qua khoảng không gian giữa các vật.
Lực hấp dẫn phổ biến nhất và có ý nghĩa thực tiễn nhất là lực hấp dẫn giữa trái đất và các vật trên trái đất.
Để hiểu được lực hấp dẫn, ta tìm hiểu qua 3 phương diện như sau:
- Là lực hút.
- Điểm đặt: Đặt tại trọng tâm của vật (chất điểm).
- Giá của lực: Là đường thẳng đi qua tâm 2 vật.
Chú ý: Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng hoặc các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Thường thì trong bài toán luôn cho thỏa mãn hai điều kiện trên.
Ví dụ:
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.
2. Định luật vạn vật hấp dẫn
Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Công thức tính lực hấp dẫn
Trong đó:
- m1, m2 là khối lượng của hai chất điểm.
- r là khoảng cách giữa chúng.
- G = 6,67.10-11 Nm2/kg2 gọi là hằng số hấp dẫn.
Điều kiện áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn
- 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.
3. Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn
Mỗi một vật luôn tác dụng lực hấp dẫn lên các vật xung quanh thì ta nói xung quanh mỗi vật đều có một trường hấp dẫn.
Trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó. Trọng lực đặt vào một điểm đặc biệt của vật, gọi là trọng tâm của vật.
Trường hấp dẫn do Trái Đất gây ra xung quanh nó gọi là trường trọng lực.
Độ lớn của trọng lực được tính như nhau
P = G.[(m.M)/(R+h)2 ]
Trong đó
- m: khối lượng của vật
- M: khối lượng Trái Đất.
- R: bán kính của Trái Đất.
- h: độ cao của vật so với mặt đất.
Lưu ý: Nếu nhiều vật khác nhau lần lượt đặt tại cùng một điểm thì trọng trường gây cho chúng cùng một gia tốc rơi tự do như nhau. g là gia tốc trọng trường là đại lượng đặc trưng cho trọng trường tại một điểm.
4. Bài tập áp dụng về lực hấp dẫn
Ví dụ 1: Tạo 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 là F = G.Mm/d2
Trong đó thì M,m,d là khối lượng và khoảng cách giữa hai vật còn 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.n/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 suy ra P sẽ giảm.
Ví dụ 2: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75kg khi người đó ở.
- Trên trái đất ( lấy g=9,8m/s2)
- Trên mặt trăng (lấy g = 1,70 m/s2)
Lời giải
Áp dụng công thức P = mg, m = 75kg.
- 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
P = 75. 1,7 = 127,5N.
Trên này là tổng hợp những kiến thức về định luật vạn vật hấp dẫn, hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn.
>>> Xem thêm: Công thức tính lực ma sát trượt
