- Định nghĩa lực hấp dẫn
- Ví dụ về lực hấp dẫn
- Lịch sử nghiên cứu về lực hấp dẫn
- Đặc điểm của lực hấp dẫn
- Định luật vạn vật hấp dẫn
- Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn
- Vai trò, tầm quan trọng của lực hấp dẫn
- Ứng dụng của lực hấp dẫn
Định nghĩa lực hấp dẫn
- Lực hấp dẫn là lực hút giữa các vật thể có khối lượng. Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa các vật.
- Trong vật lý học, lực hấp dẫn hay chính xác hơn là tương tác hấp dẫn là một hiện tượng tự nhiên mà tất cả vật có khối lượng hoặc năng lượng - bao gồm các hành tinh, ngôi sao, thiên hà và thậm chí cả ánh sáng đều bị hút về nhau.
- Trên Trái Đất, lực hấp dẫn tạo ra trọng lượng cho các vật thể và lực hấp dẫn của Mặt Trăng gây ra thủy triều.
- Lực hấp dẫn cũng chính là lực khiến các vật chất khí ban đầu có trong vũ trụ kết tụ và hình thành các ngôi sao và khiến các ngôi sao tập hợp lại thành các thiên hà, do đó lực hấp dẫn chịu trách nhiệm cho nhiều cấu trúc quy mô lớn trong Vũ trụ.
Ví dụ về lực hấp dẫn
- Quả táo rơi xuống đất là do lực hấp dẫn của Trái Đất. Khi bạn thả quả táo xuống đất, lực hấp dẫn của Trái Đất sẽ kéo quả táo xuống.
Quả táo rơi xuống đất
- Trái Đất quay quanh Mặt Trời là do lực hấp dẫn của Mặt Trời. Trái Đất và Mặt Trời đều có khối lượng, vì vậy chúng bị hút lẫn nhau. Lực hấp dẫn này giữ cho Trái Đất quay quanh Mặt Trời.
- Các hành tinh trong hệ mặt trời chuyển động quanh Mặt Trời là do lực hấp dẫn của Mặt Trời. Các hành tinh trong hệ mặt trời cũng bị lực hấp dẫn của Mặt Trời hút, lực hấp dẫn này giữ cho các hành tinh quay quanh Mặt Trời.
- Các ngôi sao hình thành và tồn tại là do lực hấp dẫn của chính các ngôi sao. Các ngôi sao hình thành khi bụi và khí trong không gian bị lực hấp dẫn hút lại với nhau. Lực hấp dẫn này giữ cho các ngôi sao tồn tại.
- Thủy triều là hiện tượng nước biển dâng lên và hạ xuống do lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời.
- Hiện tượng hình thành thiên hà: Hiện tượng hình thành thiên hà là do lực hấp dẫn của các vật chất trong vũ trụ.
- Hiện tượng lỗ đen: Hố đen là một hiện tượng kỳ lạ trong vũ trụ, nó được tạo ra bởi lực hấp dẫn cực lớn của các vật thể.
Lịch sử nghiên cứu về lực hấp dẫn
Lịch sử nghiên cứu về lực hấp dẫn bắt đầu từ thời cổ đại. Các nhà khoa học cổ đại như Aristotle đã tin rằng các vật thể rơi xuống đất là do Trái Đất hút chúng. Tuy nhiên, họ không thể giải thích chính xác lực hấp dẫn là gì hoặc cách nó hoạt động ra sao.
Ở Ấn Độ cổ đại, Aryabhata lần đầu tiên xác định lực lượng để giải thích tại sao các vật thể không bị ném ra ngoài khi Trái Đất quay. Brahmagupta mô tả trọng lực là một lực hấp dẫn và sử dụng thuật ngữ "gurutvaakarshan" cho trọng lực.
Nhà triết học Hy Lạp cổ đại Archimedes đã phát hiện ra trọng tâm của một hình tam giác. Ông cũng cho rằng nếu hai trọng lượng bằng nhau không có cùng trọng tâm thì trọng tâm của hai vật liên kết với nhau sẽ ở giữa đường nối với trọng tâm của chúng.
Kiến trúc sư và kỹ sư La Mã Vitruvius trong tác phẩm De Architectura đã quy định rằng trọng lực của một vật thể không phụ thuộc vào khối lượng mà là "bản chất" của nó.
Vào thế kỷ 17, Isaac Newton đã phát triển định luật vạn vật hấp dẫn, định luật này giải thích hiện tượng hấp dẫn giữa các vật thể trong vũ trụ. Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton phát biểu rằng: "Mọi vật thể trong vũ trụ đều hút nhau với một lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm của chúng."
Đặc điểm của lực hấp dẫn
- Lực hấp dẫn là một lực hút tồn tại trong vũ trụ
- Điểm đặt của lực là ở vị trí trọng tâm của vật thể (chất điểm)
- Giá của lực là một đường thẳng đi qua tâm của 02 vật thể
- Độ mạnh của lực hấp dẫn tỉ lệ thuận với khối lượng của 02 vật thể, nhưng lại tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa 02 vật thể..
- Đặc biệt, định luật vạn vật hấp dẫn chỉ chính xác nếu khoảng cách giữa 2 vật rất lớn hơn kích thước của chúng hoặc các vật đồng chất và có dạng hình cầu.
Định luật vạn vật hấp dẫn
- Nội dung định luật: "Mọi vật thể trong vũ trụ đều hút nhau với một lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm của chúng". Hay nói cách khác, lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
- Phương trình định luật vạn vật hấp dẫn:
$F_{hd} = G\frac{m1.m2}{r^{2}}$
Trong đó:
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.
- Điều kiện áp dụng định luật:
+ 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 và có dạng hình cầu. Khi ấy r 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 mà Trái Đất tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó.
- Trọng lực đặt vào một điểm đặc biệt của vật, gọi đó là trọng tâm của vật.
Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn
- Công thức tính trọng lực:
$P = G \frac{m.M}{(R + h)^{2}}$
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)
Vai trò, tầm quan trọng của lực hấp dẫn
- Lực hấp dẫn là lực tạo ra trọng lực, giúp các vật thể rơi xuống đất.
- Lực hấp dẫn là lực khiến các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời.
- Lực hấp dẫn là lực khiến các ngôi sao hình thành và tồn tại.
Ứng dụng của lực hấp dẫn
- Trọng lực là một lực quan trọng trong cuộc sống, nó giúp chúng ta đứng vững, đi lại, xây dựng nhà cửa,...
- Hiện tượng thủy triều có ảnh hưởng lớn đến đời sống của con người, nó được sử dụng để sản xuất điện, khai thác thủy sản,...
- Đồng hồ quả lắc là một loại đồng hồ chính xác và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
- Trong thiên văn học, lực hấp dẫn là một trong những lực cơ bản của vũ trụ, đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành và phát triển của các thiên thể trong vũ trụ, chẳng hạn như các hành tinh, ngôi sao, thiên hà,...
- Trong vật lí học, lực hấp dẫn là một chủ đề nghiên cứu quan trọng để hiểu rõ hơn về cách nó hoạt động và vai trò của nó trong vũ trụ.
- Trong kỹ thuật, lực hấp dẫn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, chẳng hạn như: tính toán tải trọng của các công trình xây dựng, thiết kế các máy móc, chẳng hạn như máy nâng, máy ép,... hay tính toán quỹ đạo của các vệ tinh, tàu vũ trụ,...