Xung quanh môi trường luôn tồn tại một loại lực có tên là lực hấp dẫn. Tuy nhiên không phải ai cũng nắm rõ lực hấp dẫn là gì? Trong bài viết hôm nay, hãy cùng THP Valve tìm hiểu về lực hấp dẫn và công thức tính lực hấp dẫn.
Lực hấp dẫn là gì?
Lực hấp dẫn là 1 trong 4 loại lực cơ bản, cùng với lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu.
Lực hấp dẫn là một lực khiến cho các vật có trọng lượng. Khi bạn leo lên bàn cân thì cái cân sẽ cho bạn biết trọng lượng tác dụng lên cơ thể là bao nhiêu. Công thức xác định trọng lượng được tính như sau: Trọng lượng bằng khối lượng nhân với hằng số trọng trường. Trên Trái đất, hằng số trọng trường được quy ước có giá trị là 9,8 m/s2.
Một số nhà triết học như Aristotle cho rằng những vật nặng thu gia tốc về phía mặt đất nhanh hơn. Tuy nhiên những thí nghiệm sau đó lại cho thấy điều đó không đúng. Nguyên nhân khiến một chiếc lông chim rơi chậm hơn hơn quả bóng bowling là bởi có lực cản của không khí; lực tác dụng theo chiều ngược với gia tốc trọng trường.
Lực hấp dẫn hình thành do đâu?
Khi một vật thể phải chịu sự tác động của ngoại lực sẽ khiến nó bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển động. 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 tạo thành những đường trắc địa, còn được gọi là độ cong của không thời gian. Hai vật thể cùng chịu tác động sẽ sinh ra lực hút, người ta gọi đây chính là lực hấp dẫn.
Lực này sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa 2 vật và tỉ lệ thuận với khối lượng của vật đó.
Những đặc điểm của lực hấp dẫn
Lực hấp dẫn có một số đặc điểm nổi bật như sau:
- Đây là lực hút
- Điểm đặt: Đặt ngay ở trọng tâm của vật (chất điểm)
- Giá của lực: Đây là đường thẳng đi qua tâm của 2 vật
- Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa 2 vật là rất lớn so với kích thước của chúng. Hay có thể nhắc đến các vật đồng chất ở dạng hình cầu.
Công thức tính lực hấp dẫn
Isaac Newton – một nhà khoa học đã phát triển lý thuyết vạn vật hấp dẫn vào những năm 1680. Ông đã tìm thấy rằng lực hấp dẫn đều có khả năng tác dụng lên tất cả vật chất; là một hàm của khối lượng lẫn khoảng cách. Mỗi vật khi hút lấy một vật khác có một lực tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Do vậy, công thức tính lực hấp dẫn được biểu thị qua phương thức sau:
Trong đó:
m1, m2: Là khối lượng hai chất điểm.
r: Là khoảng cách giữa chúng.
Hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11Nm2/kg2.
Điều kiện để áp dụng định luật
- Khoảng cách giữa 2 vật là rất lớn so với kích thước của chúng, khi đó 2 vật được coi là 2 chất điểm.
- Các vật đồng chất ở dạng hình cầu. Khi ấy r là khoảng cách giữa 2 tâm và lực hấp dẫn nằm trên đường nối tâm.
Tìm hiểu về trọng lực – trường hợp riêng của lực hấp dẫn
Định nghĩa trọng lực
Cùng với tìm hiểu về lực hấp dẫn là gì thì trọng lực cũng rất được quan tâm. Thực chất, trọng lực là lực hút của trái đất hay khối lượng trái đất tác dụng lên một vật. Bởi vậy, trọng lực luôn có chiều hướng đến trái đất và có phương thẳng đứng.
Độ lớn đó được gọi là trọng lượng. Có rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trọng lượng còn thể hiện cường độ của trọng lực khi tác động vào chính vật đó. Tuy nhiên, khi đề cập đến 2 yếu tố cấu thành thì không ít người bị nhầm lẫn. Sự khác nhau cơ bản giữa trọng lượng và trọng lực là trọng lực là một loại lực còn trọng lượng chỉ là đại lượng.
Công thức của trọng lực
Xét tại vị trí khi vật rơi từ h2 xuống h1 thì công thức tính trọng lực như sau:
Trong đó:
– F: Lực tác động
– S: Khoảng cách giữa h1 và h2
– α là góc 0 độ (vật rơi theo phương thẳng đứng)
Nếu vật trượt trên mặt phẳng nghiêng từ h2 xuống h1 thì công thức tính lúc này được áp dụng như sau:
A = FScos α
Trong đó:
– α là góc nghiêng do mặt phẳng nghiêng và theo phương ngang của trái đất tạo thành.
Ví dụ về tính lực hấp dẫn
Bài 1:
Hai tàu thuỷ có khối lượng là 50000 tấn, ở vị trí cách nhau 1 km. Tính lực hấp dẫn của chúng.
Hướng dẫn:
50000 tấn = 5.107 kg, 1 km = 1000 m
Độ lớn lực hấp dẫn giữa có kết quả Fhd = 0.167 (N)
Bài 2:
Khối lượng của Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng 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 cùng một vật bằng nhau tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm giữa chúng?
Hướng dẫn:
Gọi khối lượng Mặt Trăng là M ⇒ khối lượng của Trái Đất là 81 M.
Bán kính Trái Đất là R thì khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là khoảng 60 R.
Gọi h là khoảng cách điểm cần tìm đến tâm của Trái Đất ⇒ khoảng cách từ điểm đó đến tâm Mặt Trăng là 60R – h (R, h > 0).
Theo yêu cầu: 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
Trên đây là những thông tin về lực hấp dẫn là gì và công thức tính lực hấp dẫn. Ngoài ra, bài viết trên còn chia sẻ kiến thức liên quan đến trọng lực. Mong rằng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn và biết cách tính toán chuẩn xác nhất về lực hấp dẫn.
Có thể bạn quan tâm: Nước nhiễm đá vôi là gì?