Nhờ có lực hút của trái đất tác dụng lên chúng ta, chúng ta không bị văng ra ngoài dù trái đất có hình cầu. Lực hút đó chính là trọng lực. Hãy cùng tôi tìm hiểu về trọng lực và công thức tính phương, chiều của trọng lực.
1. Trọng lực là gì?
Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên các vật. Cường độ của trọng lực tác dụng lên một vật là trọng lượng của vật đó.
Để hiểu rõ hơn về trọng lực, hãy xem hai ví dụ sau:
-
Ví dụ thứ nhất: Treo một quả nặng vào một lò xo. Chúng ta sẽ thấy lò xo bị kéo dãn ra. Lý do gây ra biến dạng đó là lực hút của trái đất đã tác dụng lên quả nặng.
-
Ví dụ thứ hai: Thả một quả bất kỳ từ độ cao 1m trong không gian. Quả đó sẽ chuyển động rơi xuống đất. Do quả đó cũng chịu tác dụng của lực hút Trái Đất.
2. Công thức tính phương và chiều của trọng lực:
Trọng lực có phương thẳng đứng và chiều hướng về phía Trái Đất (từ trên xuống dưới).
Theo công thức tính trọng lực:
P = mg
Trong đó:
- m: là khối lượng của vật (đơn vị kg).
- g: là gia tốc của vật (đơn vị m/s^2).
- P: là trọng lực (đơn vị là Newton hay ký hiệu là N).
Gia tốc trọng trường trên bề mặt trái đất là 9.8m/s^2. Đây là giá trị quy chuẩn và được sử dụng rộng rãi.
Để xác định khối lượng của vật, chúng ta cần biết giá trị của khối lượng đó. Khối lượng là lượng chất có trong vật, đơn vị là kilogram (Kg).
Gia tốc trọng trường của một vật được tính như sau: Trên bề mặt Trái Đất, gia tốc g bằng 9.8m/s^2. Tùy vào từng vị trí trên Trái Đất mà gia tốc của trọng lực có sự thay đổi. Gia tốc trọng trường trên mặt trăng khác với gia tốc trọng trường của Trái Đất. Gia tốc gây ra bởi trọng lực trên mặt trăng có giá trị khoảng 1,622m/s^2, tương đương 1/6 giá trị trên trái đất. Ngược lại, gia tốc trên mặt trời cũng khác với gia tốc trọng trường của mặt trăng và Trái Đất. Trên mặt trời, gia tốc gây ra bởi trọng lực có giá trị 270,0m/s^2, gấp khoảng 28 lần trái đất.
3. Đặc điểm của trọng lực:
-
Trọng lực được xác định bằng cách tính khối lượng của vật và gia tốc tự do tại vị trí của vật đó. Hướng của trọng lực sẽ theo phương thẳng đứng và chiều từ hướng về phía trái đất.
-
Trọng lượng của một vật là độ lớn của lực hút Trái Đất lên vật đó. Do đó, trọng lượng phụ thuộc vào vị trí của vật đối với Trái Đất. Một vật càng cao thì trọng lượng của nó càng giảm.
-
Khi cầm một vật nào đó trên tay và buông tay ra, vật đó sẽ rơi xuống. Vật rơi xuống là do vật chịu tác dụng của trọng lực. Điều đó có nghĩa là trọng lực đã sinh ra công. Công của trọng lực có đặc điểm: không phụ thuộc vào đường đi mà chỉ phụ thuộc vào trọng lực và hiệu độ cao giữa hai đầu quỹ đạo.
-
Lực thế là lực mà công của nó không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối quỹ đạo. Lực thế còn gọi là lực bảo toàn.
4. So sánh giữa trọng lực và trọng lượng:
Trọng lượng là lực hút của trái đất tác dụng lên mọi vật để hút vật đó về hướng của Trái Đất. Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên một vật.
-
Giống nhau: Cả trọng lực và trọng lượng đều hình thành bởi lực hút của Trái Đất.
-
Khác nhau: Trọng lực là lực hấp dẫn, lực hút của Trái Đất tác dụng lên một vật thể bất kỳ nào đó. Trọng lượng là lực hút Trái Đất tác động lên vật thể đó hoặc là độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật.
5. Vai trò của trọng lực đối với Trái Đất:
Nhờ có trọng lực, chúng ta mới có thể tồn tại trên Trái Đất. Nếu không còn lực hút nữa, bất kể vật nào không được gắn liền với mặt đất sẽ bị bay ra khỏi Trái Đất và bay vào không gian.
Bầu khí quyển và tất cả nước trên trái đất bao gồm đại dương, biển, sông, hồ… được giữ nguyên nhờ trọng lực trong trái đất. Nếu mất đi trọng lực, bầu khí quyển sẽ nhanh chóng trôi vào không gian, cùng với đó, không còn không khí để thở. Điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến toàn bộ sự sống trên hành tinh. Bản thân Trái Đất và mặt trời cũng sẽ gặp điều tương tự, nếu không có lực hấp dẫn giữ lại, áp suất lớn trong lõi của mặt trời sẽ gây ra một vụ nổ khổng lồ trong vũ trụ.
6. Một số bài tập về trọng lực:
Bài 1: Một chiếc tàu thủy nổi trên mặt nước nhờ có những lực nào tác dụng vào nó?
A. Chỉ nhờ trọng lực do Trái Đất hút xuống phía dưới.
B. Chỉ nhờ lực nâng của nước đẩy lên.
C. Nhờ trọng lực do Trái Đất hút xuống và lực nâng của nước đẩy lên cân bằng nhau.
D. Nhờ lực hút của Trái Đất, lực nâng của nước và lực đẩy của chân vịt phía sau tàu.
Đáp án: C. Nhờ trọng lực do Trái Đất hút xuống và lực nâng của nước đẩy lên cân bằng nhau.
Bài 2: Nếu so sánh một quả cân 1 kg và một tập giấy 1 kg, thì:
A. Tập giấy có khối lượng lớn hơn.
B. Quả cân có trọng lượng lớn hơn.
C. Quả cân và tập giấy có trọng lượng bằng nhau.
D. Quả cân và tập giấy có thể tích bằng nhau.
Đáp án: C. Khi so sánh giữa hai đồ vật có khối lượng bằng nhau, thì trọng lượng của hai vật đó cũng bằng nhau. Vì vậy trong trường hợp này, cả giấy và quả cân đều có khối lượng 1kg, nên cả hai đều có trọng lượng bằng nhau.
Bài 3: Trọng lực có:
A. Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.
B. Phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.
C. Phương ngang, chiều từ trái sang phải.
D. Phương ngang, chiều từ phải sang trái.
Đáp án: A. Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.
Bài 4: Trường hợp nào sau đây là ví dụ về trọng lực có thể làm cho một vật đang đứng yên phải chuyển động?
A. Một vật được thả thì rơi xuống.
B. Một vật được tay kéo trượt trên mặt bằng nằm ngang.
C. Quả bóng được đá thì lăn trên sàn.
D. Một vật được ném thì bay lên cao.
Đáp án: A. Khi thả tự do một vật, dưới tác dụng của trọng lực, vật sẽ rơi thẳng xuống dưới.
Bài 5: Khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng Trái Đất 81 lần, khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng gấp 60 lần bán kính Trái Đất. Lực hút của Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng vào cùng một vật bằng nhau tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm của chúng?
Giải:
Gọi khối lượng Mặt Trăng là M => khối lượng Trái Đất là 81M
Bán kính Trái Đất là R thì khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là 60R
Gọi h là khoảng cách từ điểm cần tìm đến tâm Trái Đất => khoảng cách từ điểm đó đến tâm Mặt Trăng là 60R – h (R, h > 0)
Theo bài toán: lực hút của Trái Đất tác dụng vào vật đó cân bằng với lực hút từ Mặt trăng tác dụng vào vật
GMm/h^2 = GMm/(60R – h)^2 => h = 54R.
Bài 6: Cho gia tốc trọng trường trên mặt đất là 9.8 m/s^2, tính gia tốc trọng trường trên sao Hỏa. Biết khối lượng sao hỏa bằng 10% khối lượng trái đất và bán kính sao hỏa bằng 0.53 bán kính trái đất.
Giải:
MH = 0.1MD ; RH = 0.53RD; g = 9.8 m/s^2
gH = GMH/RH^2 = 0.1/0.53^2 = 3.5 m/s^2.
Bài 7: Bán kính trái đất là 6370km, gia tốc trọng trường ở chân núi là 9.810 m/s^2, gia tốc trọng trường ở đỉnh núi là 9.809 m/s^2. Tìm độ cao của đỉnh núi.
Giải:
Ta có:
R = 6370km; go = 9.809 m/s^2; gh = 9.810 m/s^2.
Độ cao của đỉnh núi là:
Gh = (R/R + h)^2 go => h = 0.32 (km).
Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về trọng lực và công thức tính phương, chiều của trọng lực. Trọng lực không chỉ đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta mà còn ảnh hưởng đến cả hành tinh chúng ta đang sống – Trái Đất.
Bạn có thể tìm hiểu thêm về ngành y dược tại Văn Phòng Tuyển Sinh Y Dược Hà Nội.
