Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ chia sẻ định nghĩa lực hấp dẫn là gì? Công thức định luật vạn vật hấp dẫn kèm theo các dạng bài tập có lời giải chi tiết từ A – Z để các bạn cùng tham khảo nhé
Contents
Lực hấp dẫn là gì?
Mọi vật trong vũ trụ 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.
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.
Định luật vạn vật hấp dẫn
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton được phát biểu như sau: mọi hạt đều hút mọi hạt khác trong vũ trụ với một lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các tâm của chúng
Fhd = G.(m1.m2/r2)
Trong đó:
- m1, m2 là khối lượng của hai chất điểm (kg)
- r là khoảng cách giữa hai chất điểm (m)
- Fhd là độ lớn lực hấp dẫn (N)
- G là hằng số hấp dẫn có giá trị là 6,67.10-11 N.m2/kg2
Điều kiện áp dụng định luật
Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng.
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 hai tâm và đặt vào hai tâm đó.
Tham khảo thêm:
- Lực hướng tâm là gì? Công thức lực hướng tâm và bài tập từ A – Z
- Tốc độ góc là gì? Công thức tính tốc độ góc chính xác 100%
- Công thức định luật Sác – lơ và bài tập có lời giải từ A – Z
Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn
Mỗi 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 đó là trọng tâm của vật.
Trường hấp dẫn do Trái Đất gây ra xung quanh nó gọi là trường trọng lực (trọng trường)
Độ lớn của trọng lực (trọng lượng) tính như sau:
P = G. [(m.M)/(R + h)2]
Trong đó
- m là khối lượng của vật
- M và R là khối lượng và bán kính của Trái Đất
- h là độ cao của vật so với mặt đất.
Ta cũng có P = m.g nên g = G.M/(R + h)2
Nếu vật ở gần mặt đất thì g = G.M/R2
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 mỗi điểm.
Bài tập áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn
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.
Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được định nghĩa lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn để áp dụng vào làm bài tập nhé
