Lực hấp dẫn là gì? Định luật, đặc điểm & hướng dẫn giải bài tập chi tiết

Có thể bạn chưa biết, để có thể giữ cho mặt trăng chuyển động quanh mặt trời là nhờ lực hấp dẫn giữa trái đất và mặt trăng. Vậy trọng lực là gì? Đặc điểm và định luật của trọng lực là gì? Nội dung trong bài viết dưới đây Nguyễn Tất Thành sẽ giải đáp chi tiết nhất.

Trọng lực là gì?

Ví dụ:

Bạn đang xem: Lực hấp dẫn là gì? Định luật, đặc điểm & hướng dẫn giải bài tập chi tiết

• Nhờ lực hấp dẫn của Trái đất, vệ tinh nhân tạo có thể quay quanh Trái đất

• Nhờ trọng lực, chúng ta có thể thả rơi một vật như hòn đá, cây bút, chai nước,… từ trên cao xuống đất.

Từ hai ví dụ trên, chúng ta có thể rút ra định nghĩa về trọng lực:

Trọng lực được định nghĩa là lực tác dụng ở khoảng cách xa, xuyên qua không gian giữa hai hoặc nhiều vật thể. Trong vật lý, trọng lực là lực hút giữa các vật chất. Lực hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng.

Qua nghiên cứu, lực hấp dẫn của trái đất tác động lên mọi vật thể có khối lượng. Vì vậy, dù trái đất có quay nhưng chúng ta vẫn có thể đứng vững dễ dàng trên bề mặt trái đất mà không gặp bất kỳ tác động nào khác.

Ngoài ra, lực hấp dẫn còn được định nghĩa là lực giữa các hành tinh trong quỹ đạo của chúng ta quanh Mặt trời, Trái đất và Mặt trăng trên quỹ đạo quanh Trái đất. Trọng lực giúp chúng ta giải thích sự hình thành thủy triều và nhiều hiện tượng tự nhiên.

Lưu ý: khi không có trọng lực sẽ dẫn đến hiện tượng không trọng lực – hiện tượng con người và đồ vật sẽ trôi dạt không mục đích, lơ lửng trong không gian. Tình trạng mất trọng lượng thường xảy ra khi các phi hành gia di chuyển khỏi Trái đất để đến các vũ trụ khác.

Ai đã phát hiện ra lực hấp dẫn?

Trong khu vườn của Woolsthorpe Manor ở Lincolnshire, năm 1666, Isaac Newton đã phát hiện ra lực hấp dẫn khi ông ngồi dưới gốc cây táo và một quả táo rơi trúng đầu ông. Chắc hẳn nhiều bạn đã từng nghe đến câu chuyện này, thậm chí nó còn nằm trong nội dung sách giáo khoa Vật lý.

Kết quả tìm ra trọng lực không chỉ đến từ thời điểm quả táo rơi xuống mà nó còn phụ thuộc vào quá trình nghiên cứu và tư duy cần mẫn của ông. Anh hỏi tại sao khi táo rơi từ trên cành xuống, chúng lại rơi thẳng xuống đất thay vì bay lên hoặc bay ngang. Và chính Newton đã trả lời điều này bằng cách trả lời rằng Trái đất hút quả táo bằng một lực không xác định.

Đặc điểm của trọng lực

Trọng lực có những đặc điểm sau:

Định luật vạn vật hấp dẫn là gì?

Trong chương trình vật lý lớp 10, học sinh sẽ được học và làm quen với trọng lực. Cùng với đó là định luật vạn vật hấp dẫn cần phải nắm vững. Cụ thể:

Nội dung của định luật vạn vật hấp dẫn

Tuyên bố của Newton về định luật vạn vật hấp dẫn phát biểu rằng trong vũ trụ, mọi hạt đều hút mọi hạt khác tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng. Mặt khác, chúng sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các tâm. Việc phát hiện ra lý thuyết này được coi là sự thống nhất lớn đầu tiên. Lý do là nó đánh dấu sự kết hợp giữa các hiện tượng hấp dẫn được mô tả trước đây trên Trái đất với các hiện tượng thiên văn đã biết.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton khẳng định mọi vật thể trong vũ trụ đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn của Trái đất và hút nhau bằng một lực gọi là định luật hấp dẫn. Theo đó, lực hấp dẫn giữa hai hạt hoặc vật bất kỳ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng và tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng.

Lưu ý: Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng trong trường hợp khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng.

Phương trình của định luật vạn vật hấp dẫn

Hệ thống:

Trong đó:

• Fhd: trọng lực

• m1, m2 lần lượt là khối lượng của hai hạt

• R là khoảng cách giữa chúng

• gọi là hằng số hấp dẫn

Lực hấp dẫn là trường hợp đặc biệt của lực hấp dẫn

Trọng lực là gì?

Lực hấp dẫn của một vật được định nghĩa là lực hấp dẫn giữa vật đó và Trái đất. Trọng lực nằm ở trọng tâm của vật khi thả một vật có khối lượng m ở độ cao h so với mặt đất. Khi đó có một trọng lượng P tác dụng lên vật.

Công thức tính trọng lực

Công thức xác định độ lớn trọng trường:

Trong đó:

• m là khối lượng của vật (kg)

• M và R lần lượt là khối lượng và bán kính Trái Đất

• h là độ cao từ vật đến mặt đất (m)

Ta có P = mg nên gia tốc rơi tự do được xác định như sau:

Chú ý: Nếu vật được đặt sát mặt đất (h

Ứng dụng định luật vạn vật hấp dẫn

Trong cuộc sống: Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy lý thuyết hấp dẫn rằng vạn vật tồn tại xung quanh cuộc sống. Ví dụ như các hiện tượng tự nhiên như nhảy từ cao xuống thấp, tuyết rơi từ trên cao xuống, làm rơi bất kỳ vật thể nào,…

Trong thiên văn học:

• Lực hấp dẫn của Mặt trời là nguyên nhân khiến các hành tinh khác quay quanh Mặt trời. Trọng lực là lực chi phối chuyển động của tất cả các thiên thể trong Hệ Mặt trời và trong toàn vũ trụ.

• Nhờ lực hấp dẫn, các vật chất có thể liên kết với nhau tạo thành Trái đất, Mặt trời và các thiên thể khác trong vũ trụ. Nếu không có trọng lực, chúng sẽ tách rời nhau, tồn tại ở nhiều nơi khác nhau, không liên kết với nhau và tất nhiên chúng ta sẽ không thể có được cuộc sống như hiện tại.

• Lực hấp dẫn cũng giúp giữ Mặt trăng ở quỹ đạo quanh Trái đất. Sự hình thành thủy triều và sự xuất hiện của các hiện tượng tự nhiên khác mà chúng ta quan sát được cũng là kết quả của lực hấp dẫn.

Ví dụ thực tiễn: Trong các cuộc kháng chiến lịch sử dựng nước và giữ nước của dân tộc Việt Nam, chắc hẳn ai cũng biết đến chiến thắng của Ngô Quyền trước quân Nam Hán trên sông Bạch Đằng năm 938. Chiến thắng này có được là nhờ vào việc lập nên cọc sông.

Bởi khi thủy triều lên, nước sẽ dâng cao, có khả năng sẽ che lấp những chiếc cọc này. Và sau khi thủy triều rút, mực nước rút dần để lộ những phần nhọn của cọc. Nhờ đó mà tàu của quân Nam Hán bị chọc thủng, nhờ đó mà dân ta giành được thắng lợi.

Một số bài tập về trọng lực và định luật vạn vật hấp dẫn (Bài 10)

Dưới đây là một số bài tập giúp học sinh củng cố kiến ​​thức về trọng lực và định luật vạn vật hấp dẫn.

Câu 1: Một hòn đá nằm trên mặt đất thì lực hấp dẫn của Trái đất tác dụng lên hòn đá có giá trị.

A. Lớn hơn trọng lượng của hòn đá.

B. Nhỏ hơn trọng lượng của hòn đá.

C. Bằng trọng lượng của hòn đá

D. Bằng 0.

Trả lời: Chọn C.

Giải thích: Một hòn đá đang nằm trên mặt đất thì lực hấp dẫn của Trái đất tác dụng lên hòn đá bằng trọng lượng của hòn đá.

Câu 2: Hai quả cầu giống hệt nhau có khối lượng 20 kg, khoảng cách giữa hai tâm là 50 cm và bán kính là 10 cm. Biết hệ số hấp dẫn là G = 6,67,10^-11 Nm2 /kg^2 . Tính độ lớn lực hấp dẫn giữa chúng:

A. 1.0672.10^-8 N.

B. 1.0672.10^-6 N.

C. 1.0672.10^-7 N.

D. 1.0672.10^-5 N.

Đáp án: Chọn C

Giải thích: Áp dụng công thức của định luật vạn vật hấp dẫn

Câu 3: Hai quả cầu giống hệt nhau được đặt sao cho tâm của chúng cách nhau khoảng r thì lực hấp dẫn giữa chúng là F. Nếu thay một trong hai quả cầu trên bằng một quả cầu khác đồng nhất nhưng có bán kính lớn gấp đôi thì nó vẫn hãy giống nhau Giữ khoảng cách giữa hai tâm không đổi (hai quả cầu không chạm vào nhau), lúc này lực hấp dẫn giữa chúng là bao nhiêu?

A. 2F.

B. 16F.

C. 8F.

D. 4F.

Trả lời: Chọn C.

Giữ khoảng cách giữa hai tâm không đổi (hai quả cầu không chạm vào nhau), lực hấp dẫn giữa chúng lúc này là:

Câu 4: Trên mặt đất một vật có trọng lượng 10N. Nếu vật này di chuyển cách Trái đất một khoảng R (R là bán kính Trái đất) thì trọng lượng của vật bằng

A.1N.

B. 2,5N.

C. 5N.

D. 10N.

Đáp án: Chọn B

Giải thích:

Câu 5: Hai tàu, mỗi tàu có khối lượng 50.000 tấn, cách nhau 1km. Lấy g=10 m/s^2. So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một vật nặng 20g.

A. Lớn hơn

B. Bình đẳng

C. Nhỏ hơn

D. Chưa thể biết được

Trả lời: Chọn C.

Giải thích: Lực hấp dẫn giữa hai tàu là

Trọng lượng của cân: P = mg = 0,02,10 = 0,2 (N)

Vậy P>F

Câu 8: Bán kính Trái đất là 6400km, gia tốc trọng trường trên mặt đất là 9,80 m/s^2. Tính gia tốc trọng trường ở độ cao 5 km và ở độ cao bằng một nửa bán kính Trái Đất.

Trả lời:

Phân tích vấn đề:

Kết luận

Bài viết trên đã tổng hợp những kiến ​​thức cần thiết liên quan đến lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn. Hy vọng với những thông tin mà Nguyễn Tất Thành cung cấp, các bé có thể tự học tập và tìm tòi một cách hiệu quả.

Nguồn: https://truongnguyentatthanh.edu.vn
Danh mục: Giáo dục