Lực hấp dẫn – Những thực tế thú vị của lực hấp dẫn
Lực hấp dẫn trong vật lý học được định nghĩa là lực hút giữa hai vật với nhau và chúng có tỷ lệ nghịch với khoảng cách bình phương. Tìm hiểu về lực dấp dẫn.
Lực hấp dẫn trong vật lý học được định nghĩa là lực hút giữa hai vật với nhau và chúng có tỷ lệ nghịch với khoảng cách bình phương. Có thể hiểu đơn giản là lực làm cho vật thể rơi xuống đất hay lực giúp các hành tinh có thể quay quanh một quỹ đạo.
Khái niệm lực hấp dẫn
Trong vật lý cơ học cổ điển, có bốn loại lực cơ bản là lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu yếu, lực điện từ và cuối cùng là lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong các lực cơ bản trên.
Lực hấp dẫn là thứ tạo ra trọng lượng trong các vật thể, nó sẽ càng mạnh khi vật thể đó có kích thước càng lớn. Đơn giản nhất trong thực tế để xác định tác dụng của trọng lượng lên cơ thể của bạn thì cái cân sẽ cho biết điều đó khi bạn ngồi lên mặt cân. Trọng lượng trong vật lý học cổ điển có công thức xác định bằng tích khối lượng vật thể và một hằng số trọng trường. Hằng số trọng trường trên Trái Đất của chúng ta xấp xỉ là 9,8 m/s2(Điều đó có nghĩa là nếu một vật bị ném lên trên cao so với mặt đất thì vận tốc rơi tăng thêm 9,8m/s).
Nhà khoa học Albert Einstein cho rằng lực hấp dẫn khiến cho các vật bị bẻ cong, lệch khỏi đường thẳng khi chuyển động và vật chất đó khiến không-thời gian cũng bị cong theo. Khi đó, quỹ đạo mà tất cả các vật chuyển động trong trường lực đều là quỹ đạo tròn.
Người đã cho rằng vật nặng khi chuyển động về phía mặt đất thì nhận được gia tốc nhanh hơn là nhà triết học Aristotle. Ông đã làm thử một thí nghiệm khảo sát và cho thấy điều đó là sai hoàn toàn. Vì lực được tác dụng theo chiều ngược lại với gia tốc trọng trường và do lực cản của không khí là nguyên nhân chính giải thích vì sao một tờ giấy rơi chậm hơn hơn quả bóng bida.
Còn về Isaac Newton, vào những năm 80 của thế kỉ 17, lí thuyết vạn vật hấp dẫn của ông được ông phát triển rộng mở hơn. Sau nhiều thí nghiệm, kết luận cuối cùng đưa ra rằng lực hấp dẫn là một hàm tác dụng lên tất cả vật chất thông qua khối lượng và khoảng cách giữa chúng.
Hàm lực đó được định nghĩa : Các vật thể khác nhau hút nhau với một lực tỉ lệ nghịch với khoảng cách bình phương giữa chúng và tỉ lệ thuận so với tích khối lượng các vật thể đó. Phương trình biểu diễn để tính giá trị lực hấp dẫn :
Fhd = G (m ∙ M) / r2
Fhd là lực hấp dẫn của hai vật
m và M là khối lượng của hai vật
r là khoảng cách trong không gian giữa chúng
G là hằng số vạn vật hấp dẫn
Trong khi dự đoán và xác định các vật thể như các hành tinh, các ngôi sao hay các vật chất trong không gian thì những phương trình của Newton áp dụng cực kì tốt.
Trong thuyết tương đối của Einstein
Những giải thích khoa học về lực hấp dẫn rất nhiều, đến khi Einstein đưa ra lý thuyết tương đối rộng vào những thập kỉ đầu của thế kỉ 20 là câu trả lời tốt nhất cho công bố nghiên cứu về lực hấp dẫn năm 1687 của Newton. Trong lí thuyết của Einstein, lực hấp dẫn là hệ quả của việc vật chất khiến không-thời gian bị làm cong đi và nó không phải là một lực. Quanh những vật thể có khối lượng rất lớn ánh sáng sẽ dễ dàng bị uốn cong là một dự đoán của thuyết này.
Một vài thực tế thú vị bạn nên biết
Lực hút của sao Hỏa chỉ bằng xấp xỉ 38% lực hút của Trái đất, trọng lực của một vật trên mặt Trăng chỉ bằng khoảng 16% so với trên Trái đất, còn hành tinh có trọng lực gấp 2,5 lần trọng lực trên Trái Đất là Mộc tinh – hành tinh lớn nhất hệ mặt trời.
Trong truyền thuyết của một số nước có ghi chép rằng nhà thiên văn học Galileo Galilei là người đã khám phá ra lực hấp dẫn. Một số thực nghiệm đã được ông tiến hành từ rất sớm để chứng lực hấp dẫn, phổ biến nhất là thí nghiệm cho các quả cầu rơi tự do từ đỉnh tháp nghiêng Pisa của Ý để xem chúng rơi trong thời gian bao lâu.
Một huyền thoại vui nữa là vào lúc vừa mới tốt nghiệp đại học lúc 23 tuổi, Isaac Newton đã bắt đầu nghiên cứu sâu cho bí ẩn của lực hấp khi ông chợt thấy một quả táo rơi xuống đất trong vườn mà không phải theo hướng khác.
Trong thuyết tương đối của Einstein, một phép đo đạc cho thấy ánh sáng sao bị bẻ cong khi đi qua và tiếp xúc gần với mặt trời trong kì nhật thực toàn phần vào cuối tháng 5 năm 1919.
Ngôi sao mà có khối lượng lớn bị co lại với lực hấp dẫn mạnh đến mức khiến cho cả ánh sáng khi bị nó hút vào thì không thể thoát ra được là lỗ đen.
Nói chung, lực hấp dẫn có rất nhiều ứng dụng hữu ích trong thực tế, đặc biệt đối với lĩnh vực về hàng không-vũ trụ. Trên đây là bài viết đã chỉ ra khái niệm và lấy một vài ví dụ thú vị trong thực tế, hy vọng sẽ giúp các độc giả có thêm nhiều thông tin hơn về lực hấp dẫn.
>>> Xem thêm các bài viết:
