Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là định luật do Isaac Newton 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 lực hấp dẫn. Và theo đó, 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. Để hiểu rõ hơn về định luật, chúng ta cùng hiểu trong bài viết này.

Tóm tắt định luật vạn vập hấp dẫn

Lực hấp dẫn

Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa các vật. Lực hấp dẫn phổ biến nhất và có nhiều ý nghĩa thực tiễn nhất là lực hấp dẫn giữa trái đất và các vật trên trái đất.

Định luật vạn vật hấp dẫn

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. Để biểu trưng định luật vạn vật hấp dẫn, ta dùng hệ thức dưới đây:

F_{hd}^{} = G\frac{{m_1^{}m_2^{}}}{{r_{}^2}}

♦ Trong hệ thức trên thì:

  • Fhd: Lực hấp dẫn (N)
  • m1, m2 là khối lượng của hai chất điểm
  • r là khoảng cách giữa chúng
  • G = 6,67.10-11 Nm2/kg2 gọi là hắng số hấp dẫn.

→ Lưu ý rằng, trong quá trình học thuộc công thức thì chúng ta cần phải nắm rõ ý nghĩa của từng kí hiệu. Từ đó việc học thuộc sẽ đơn giản hơn và tránh sai lầm trong quá trình áp dụng vào tính toán

Đặc điểm của lực hấp dẫn

Để hiểu được lực hấp dẫn, ta tìm hiểu qua 3 phương diện như sau:

  • Là lực hút.
  • Điểm đặt: Đặt tại trọng tâm của vật (chất điểm).
  • Giá của lực: Là đường thẳng đi qua tâm 2 vật.

♦♦ Chú ý: Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng hoặc các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Thường thì trong bài toán luôn cho thỏa mãn hai điều kiện trên.

Trường hợp riêng của lực hấp dẫn là "trọng lực"

Định nghĩa về 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 (lực hấp dẫn giữa Trái đất và vật) là:

P=F_{hd}^{} = G\frac{{m.M}}{{(R + h)_{}^2}}  (1)

Lực này truyền cho vật m gia tốc rơi tự do g. Theo định luật II Newton, ta có: P=m.g (2)

→ Như đã trình bày ở phần giới thiệu thì lực hấp dẫn của Trái Đất lên mọi vật được xác định là lực hấp dẫn có vai trò nhiều nhất. Và được gọi với một cái tên khác là trọng lực.

Gia tốc rơi tự do là gì?

Từ các công thức (1) và (2) ở trên, ta suy ra được: g = G\frac{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 sắp xỉ bằng 10. Đôi khi cũng có thể là 9.8 m / s^2

Những vật gần Trái Đất có tác động gì bởi lực hấp dẫn?

Khi h<<R, ta có: g = G\frac{M}{{R_{}^2}} (kí hiệu h<<R cho chúng ta biết h nhỏ hơn R rất rất nhiều)

Nhận xét: Gia tốc rơi tự do g không chỉ phụ thuộc vào vĩ độ trên Trái Đất mà còn phụ thuộc vào độ cao và độ sâu so với mặt đất.

Bài tập củng cố

Câu 1: Chọn phát biểu sai trong các phát biểu bên dưới khi nói về lực hấp dẫn giữa hai chất điểm?

A. Lực hấp dẫn có phương trùng với đường thẳng nối hai chất điểm.

B. Lực hấp dẫn có điểm đặt tại mỗi chất điểm.

C. Lực hấp dẫn của hai chất điểm là cặp lực trực đối.

D. Lực hấp dẫn của hai chất điểm là cặp lực cân bằng.

Đáp án: D. Lực hấp dẫn của hai chất điểm là cặp lực cân bằng.

Câu 2: Vật m đặt ở nơi có gia tốc trọng trường là g. Biểu thức nào dưới đây miêu tả đúng về mối liên hệ?

A. Trọng lực có độ lớn được xác định bởi biểu thức P = mg.

B. Điểm đặt của trọng lực là trọng tâm của vật.

C. Trọng lực tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

D. Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật.

Đáp án: C. Trọng lực tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Câu 3: Một vật khối lượng m, đặt ở độ cao h so với mặt đất. Khi gọi M là khối lượng Trái Đất, G là hằng số hấp dẫn và R là bán kính Trái Đất. Biểu thức nào dưới đây là biểu thức đúng về gia tốc rơi tự ro của vật đó khi rơi xuống trái đất?

Đáp án: A. g = GM / (R+h)^2

Câu 4: Một viên đá nằm cố định trên mặt đất, giá trị lực hấp dẫn của Trái Đất tác động vào hòn đá thế nào? Chọn đáp án trả lời chính xác nhất cho câu hỏi bên trên.

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.

Đáp án: C. bằng trọng lượng của hòn đá

Câu 5: Cho hai quả cầu có khối lượng 20 kg, bán kính 10 cm, khoảng cách giữa hai tâm là 50 cm. Biết rằng số hấp dẫn là G. Độ lớn lực tương tác hấp dẫn giữa chúng bao nhiêu? Biết rằng đây là hai quả cầu đồng chất.

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: C. 1,0672.10-7 N.

Câu 6: Hai khối cầu giống nhau được đặt cách nhau một khoảng r, lực hấp dẫn giữa chúng là F.  Khi chúng ta thay một trong hai khối cầu trên bằng một khối cầu đồng chất khác nhưng có bán kính lớn gấp hai, giữ nguyên khoảng cách giữa hai tâm (hai khối cầu không tiếp xúc) thì lực hấp dẫn giữa chùng lúc này là bao nhiêu? Chọn đáp án chính xác trong các câu trả lời dưới đây:

A. 2F.

B. 16F.

C. 8F.

D. 4F.

Đáp án: C. 8F.

Câu 7: Khoảng cách giữa Mặt Trăng và tâm Trái Đất là 38.107 m; khối lượng Mặt Trăng và Trái Đất tương ứng là 7,37.1022 kg và 6.1024 kg; hằng số hấp dẫn G = 1,0672.10-8 N. Tính độ lớn lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Chọn đáp án chính xác trong các câu trả lời sau:

A. 0,204.1021 N.

B. 2,04.1021 N.

C. 22.1025 N.

D. 2.1027 N.

Đáp án: A. 0,204.1021 N.

Câu 8: Ở mặt đất một vật có trọng lượng 10 N. Nếu chuyển vật này ở độ cao cách Trái Đât một khoảng R (R là bán kính Trái Đất) thì trọng lượng của vât bằng bao nhiêu? Chọn đáp án chính xác nhất. Có thể làm tròn số.

A. 1 N.

B. 2,5 N.

C. 5 N.

D. 10 N.

Đáp án: B. 2,5 N.

Câu 9: Biết gia tốc rơi tự do ơtại đỉnh và chân núi là 9,809 m/s2 và 9,810 m/s2. Coi Trái Đất là đồng chất và chân núi cách tâm Trái Đất 6370 km. Học sinh hãy tìm ra độ cao của ngọn núi có làm tròn số.

A. 324,7 m.

B. 640 m.

C. 649,4 m.

D. 325 m.

Đáp án: A. 324,7 m.

Câu 10: Biết khoảng cách trung bình giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng gấp 60 lần bán kính Trái Đất; khối lượng Mặt Trăng < khối lượng Trái Đất 81 lần. Có vật M nằm trên đường thẳng nối tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng mà ở đó có lực hấp dẫn của Trái Đất và của Mặt Trăng cân bằng. So với bán kính Trái Đất, khoảng cách tự M đền tâm Trái Đất gấp bao nhiêu lần? Chọn đáp án chính xác cho câu hỏi bên trên?

A. 56,5 lần.

B. 54 lần.

C. 48 lần.

D. 32 lần.

Đáp án: B. 54 lần.

Sau bài học này các em đã hiểu rõ hơn về định luật vạn vập hấp dẫn. Sau đó cần áp dụng công thức làm bài tập nhanh, ghi nhớ công thức và đọc hiểu lý thuyết cơ bản để làm các bài tập có độ khó cao hơn.

Chủ đề liên quan