Lực hấp dẫn là gì? Định luật vạn vật hấp dẫn - Công thức tính

Lực hấp dẫn là gì?

Lực hấp dẫn là 1 trong số 4 loại lực cơ bản gồm: lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu.

Đây là loại lực khiến cho các vật có trọng lượng. Cụ thể khi bạn cân trọng lượng cơ thể, chiếc cân sẽ cho bạn biết trọng lượng tác dụng lên cơ thể bạn là bao nhiêu. Trọng lượng được xác định bởi công thức Trọng lượng bằng khối lượng nhân với hằng số trọng trường. Trên Trái Đất, hằng số trọng trường được quy ước có giá trị 9,8m/s2.

• Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa qua khoảng không gian giữa các vật.
• Một vật thể có khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn của nó càng mạnh.

Theo quan điểm của một số nhà triết học như Aristotle, những vật nặng thu gia tốc về phía mặt đất nhanh hơn. Tuy nhiên, nhiều thí nghiệm sau đó cho thấy quan điểm này không đúng. Chúng ta thường thấy lông chim rơi chậm hơn quả bóng bowling, nguyên nhân là do có lực cản không khí, tác dụng theo chiều ngược với gia tốc trọng trường.

– Ví dụ về lực hấp dẫn

Ví dụ 1: Có 2 tàu thủy cùng trọng lượng là 50.000 tấn, khoảng cách giữa chúng là 1km. Tính lực hấp dẫn giữa 2 con tàu này.

50000 tấn = 5.107 kg, 1 km = 1000 m

Độ lớn lực hấp dẫn giữa có kết quả Fhd = 0.167 (N)

Ví dụ 2: Khối lượng của Mặt trăng nhỏ hơn khối lượng của Trái Đất khoảng 81 lần. Khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt trăng gấp khoảng 60 lần bán kính Trái Đất. Vậy lực hút của Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng vào một vật bằng nhau tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm giữa chúng:

– Chúng ta gọi khối lượng của Mặt Trăng là M -> Khối lượng của Trái Đất là 81M.

– Bán kính Trái Đất là R -> Khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là 60R.

– Gọi h là khoảng cách của điểm cần tìm đến tâm của Trái Đất -> Khoảng cách từ điểm đó đến tâm Mặt Trăng sẽ là 60R – h (R, h > 0).

– Chúng ta có: Lực hút của Trái Đất tác dụng vào vật cân bằng với lực hút từ Mặt trăng tác dụng vào vật:

Fhd1 = Fhd2

Ta có: h = 54R

Lực hấp dẫn hình thành do đâu?

Khi có tác động của ngoại lực vào một vật thể nào đó, sẽ khiến cho vật thể đó bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển động. Nếu xét trong hệ quy chiếu quán tính thì lúc này các vật đang di chuyển tự do với vận tốc không thay đổi. Qũy đạo của chúng sẽ tạo thành những đường trắc địa, hay còn gọi là độ cong của không thời gian. Hai vật thể cùng chịu tác động sẽ sinh ra lực hút, đây chính là lực hấp dẫn.

Loại lực này tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa 2 vật và tỉ lệ thuận với khối lượng của vật đó.

Đặc điểm của lực hấp dẫn

Loại lực này có một số đặc điểm như sau:

• Là lực hút.
• Điểm đặt của lực ngay ở trọng tâm của vật.
• Giá của lực là đường thẳng đi qua tâm của 2 vật
• Định luật về vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa 2 vật rất lớn so với kích thước của chúng.

Định luật vạn vật hấp dẫn

Nội dung cụ thể của định luật vạn vật hấp dẫn là gì? Phương trình của định luật ra sao? Điều kiện áp dụng của định luật như thế nào?…Chúng ta cùng tìm trong phần nội dung này của bài viết nhé:

Nội dung định luật vạn vật hấp dẫn

Theo phát biểu của Newton về định luật vạn vật hấp dẫn cho rằng, trong vũ trụ mỗi hạt đều có hút mỗi hạt khác với tỷ lệ thuận theo tích khối lượng của chúng. Mặt khác, chúng sẽ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm.

Lưu ý: Định luật này chỉ đúng trong trường hợp khoảng cách giữa 2 vật lớn hơn so với kích thước của chúng.

Phương trình định luật vạn vật hấp dẫn

Phương trình của định luật được thể hiện như sau:

Trong đó:

• Fhd: lực hấp dẫn.
• m1, m2 lần lượt là khối lượng của hai chất điểm.
• R là khoảng cách giữa chúng.
• G là hằng số hấp dẫn

Điều kiện áp dụng định luật

Điều kiện để áp dụng định luật này như sau:

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

Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn

Trọng lực được xem là trường hợp riêng của lực hấp dẫn. Vậy trọng lực cụ thể là gì? Công thức tính ra sao? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu ngay nhé:

Trọng lực là gì?

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

Lưu ý: Trọng lượng và trọng lực là 2 lực khác nhau.

Công thức tính trọng lực

Để tính trọng lực, chúng ta sẽ áp dụng công thức sau:

Trong đó:

• m là khối lượng của vật (kg).
• M và R là khối lượng và bán kính của Trái Đất.
• h là độ cao của vật so với mặt đất (m).

Ta cũng có P = mg nên gia tốc rơi tự do.

Nếu vật ở gần mặt đất (h<R) thì

Ứng dụng của định luật vạn vật hấp dẫn

Lực hấp dẫn luôn tồn tại xung quanh chúng ta. Chính vì vậy mà tính ứng dụng của nó cũng được đánh giá cao. Cụ thể:

– Trong đời sống

Những hiện tượng xung quanh chúng ta đều liên quan đến định luật vạn vật hấp dẫn. Ví dụ như: Chúng ta nhảy từ trên cao xuống, thả một đồ vật bất kỳ…

– Trong thiên văn học

• Lực hấp dẫn chính là yếu tố quan trọng khiến các hành tinh khác quay xung quanh mặt trời. Nó cũng đóng vai trò là lực chi phối sự chuyển động của mọi thiên thể trong hệ Mặt trời cũng như trong vũ trụ.
• Các vật chất có thể gắn kết với nhau tạo nên hành Trái Đất, Mặt trời cũng như các thiên thể khác trong vũ trụ…là nhờ có lực hấp dẫn. Nếu không có loại lực này, các thiên thể sẽ tách rời nhau và dĩ nhiên cuộc sống của chúng ta cũng sẽ không như hiện tại.
• Lực hấp dẫn sẽ đóng vai trò giữ Mặt Trăng trên quỹ đạo quay quanh Trái Đất. Ngoài ra, các hiện tượng khác như: sự hình thành thủy triều, sự xuất hiện của các hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được, chính là kết quả của lực hấp dẫn.

Như vậy sau khi theo dõi xong bài viết này của AME Group, chắc hẳn các bạn cũng đã biết lực hấp dẫn là gì, cũng như những yếu tố xoay quanh loại lực này rồi đúng không nào.