Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Có bài tập vận dụng

Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực mà người ta gọi nói là lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa hai vật. Lực hấp dẫn là một trong những lĩnh vực rất quan trọng và rất gần gũi với học sinh. Đặc biệt là trong chương trình học vật lý, lực hấp dẫn là một trong những nội dung vô cùng đặc biệt.

1. 1. Lực hấp dẫn là gì?

– Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa qua khoảng không gian giữa các vật. Trong vật lý học, lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất có và có độ lớn tỷ lệ với khối lượng của chúng. Lực hấp dẫn của trái đất tác động lên các vật thể có khối lượng và đó là nguyên nhân tại sao chúng ta có thể đứng trên bề mặt trái đất mà không hề bị hấp văn trong khi trái đất vẫn đang quay.

– Lực hấp dẫn cũng là lực giữ trái đất và các hành tinh khác ở trên quỹ đạo của chúng ta quanh mặt trời, mặt trăng trên quỹ đạo quanh trái đất. Sự hình thành của thủy triều và nhiều hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được cũng là nhờ vào lực hấp dẫn. Không trọng lực là một hiện tượng rất quen thuộc với các nhà du hành vũ trụ, khi đó con người sẽ trôi nổi lên bền trong không gian.

2. 2. Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton

– Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton thường được phát biểu rằng mỗi hạt đều hút mỗi hạt khác trong vũ trụ với tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm của chúng. Việc công bố lý thuyết này được gọi là sự thống nhất vĩ đại đầu tiên vì nó đánh dấu sự hợp nhất của các hiện tượng hấp dẫn được mô tả trước đây trên trái đất với các hành vi thiên văn đã biết

– Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton your new tên nhà vật lý vĩ đại mà thế giới từng sản sinh khám phá ra. Định luật này khẳng định rằng mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực được gọi là luật hấp dẫn. Và theo đó lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kỳ tỷ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

3. 3. Hệ thức của định luật vạn vật hấp dẫn

Fhd=G.m1.m2/r2

Trong hệ thức trên thì:

Fhd: lực hấp dẫn

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

4. 4. Đặc điểm của lực hấp dẫn

– Để hiểu được lực hấp dẫn, ta tìm hiểu qua các phương diện sau. Lần thứ nhất lực hút, thứ hai điểm đặc điểm đặc tại trọng tâm của vật, thứ ba là giá của lực là đường thẳng đi qua tâm hai vật.

5. 5. Điều kiện áp dụng định luật hấp dẫn

– Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng, khi đó hai vật được coi là hai chất điểm. Các vật đồng chất có dạng hình cầu. Khi ấy giờ là khoảng cách giữa hai tâm và lực hấp dẫn nằm trên đường nối tâm

6. 6. Trường hợp riêng của lực hấp dẫn gọi là trọng lực

– Trọng lực của một vật là lực hấp dẫn giữa trái đất và vật đó. Trọng lực đặt vào trọng tâm của vật khi thả rơi một vật có khối lượng m ở độ cao h so với mặt đất thì trọng lượng P tác dụng lên vật.

– Độ lớn của trọng lực được tính như sau

P= Fhd = G m.M / (R + h)2

Lực này truyền cho vật m gia tốc rơi tự do g. Theo định luật II Newton, ta có P= m.g

7. 7. Gia tốc rơi tự do

 g=Gx(M/(R+h)2

g ở đây chính là gia tốc rơi tự do. Thường thì trong các bài tập, gia tốc rơi tự do lấy sấp xỉ bằng 10.

8. 8. Ứng dụng của định luật vạn vật hấp dẫn

– Các hiện tượng tự nhiên xoay quanh cuộc sống của chúng ta luôn tồn tại định luật vạn vật hấp dẫn như tuyết rơi từ trên xuống, nhảy từ trên cao xuống thấp,…Lực hấp dẫn của Mặt trời làm các hành tinh quay quanh Mặt trời. Lực hấp dẫn là loại lực chi phối chuyển động của các thiên thể trong hệ Mặt trời cũng như trong toàn vũ trụ.

– Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thành nên Trái đất, Mặt trời và các thiên thể khác. Nếu không có lực hấp dẫn thì chúng không thể liên kết với nhau và không thể có được cuộc sống như chúng ta hiện any.

– Lực hấp dẫn còn là lực giữ Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất, sự hình thành thủy triều và các hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được.

– Trong lịch sử dựng nước và giữ nước của dân tộc ta. Chắc hẳn rằng, ai cũng nhớ đến chiến thắng quân Nam Hán trên sông Bạch Đằng của Ngô Quyền vào năm 938. Chiến thắng này có được nhờ vào bãi cọc cắm trên sông. Khi thủy triều lên, nước dâng cao, che lấp các cây cọc này. Và khi thủy triều rút, mực nước hạ xuống thấp để lộ những phần nhọn của các chiếc cọc lên trên. Điều này đã làm cho tàu thuyền của quân Nam Hán bị đâm thủng, nhờ đó nhân dân ta giành được chiến thắng.

9. 9. Các bài tập về định luật vạn vật hấp dẫn

10. Bài 1. Tính gia tốc rơi tự do của một vật ở độ cao h = 5R (R= 6400km),biết gia tốc rơi tự do tại mặt đất là 9,8m/s2

– Gia tốc ở mặt đất: g= M.G/R2 = 9,8

– Gia tốc ở độ cao h: g’= M.G/(R+h)2 = M.G/(6.R)2 = 0,27m/s2

2. Bài 2. Một vật có m=10kg khi đặt ở mặt đáy, có trọng lượng là 100N. Khi đặt ở nơi cách mặt đất 3R thì nó có trọng lượng là bao nhiêu?

– Ở mặt đất: P= F = G.M.m /R2
– Ở độ cao h: P’= G.M.m/ (R-h)2 = P/16 = 6,25N
Xem thêm:
– Định luật phản xạ ánh sáng
– Định luật Ôm

 Bài viết do nhóm Gia sư Lý thực hiện!