Lực hấp dẫn là gì? Ai phát hiện ra lực hấp dẫn, định luật, đặc điểm nổi bật và các bài tập liên quan

Lực hấp dẫn là gì? Đây là một trong những câu hỏi cơ bản nhưng cũng rất quan trọng trong vật lý học. Bằng cách lý giải lực này, chúng ta có thể hiểu được cách mà trái đất giữ chúng ta trên bề mặt, cách mặt trăng quay quanh trái đất hay thậm chí cách các hành tinh vận động trong không gian. Bài viết dưới đây của FPT Shop sẽ giúp bạn tìm hiểu toàn diện về lực hấp dẫn là gì, từ định nghĩa, đặc điểm, định luật vạn vật hấp dẫn đến những bài tập liên quan về lực hấp dẫn này.

Lực hấp dẫn là gì?

Lực hấp dẫn là gì? Thì theo định nghĩa cơ bản, lực hấp dẫn là một lực hút tác dụng giữa mọi vật thể có khối lượng trong vũ trụ. Nó hoạt động từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Lực hấp dẫn có độ lớn tỷ lệ thuận với khối lượng của các vật thể và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy sự tồn tại của lực hấp dẫn trong đời sống hằng ngày. Khi bạn thả một vật từ trên cao, như quả táo hay một chiếc bút, nó rơi thẳng xuống mặt đất. Điều này là do lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên vật. Hay như việc mặt trăng chuyển động đều đặn quanh trái đất cũng nhờ lực hấp dẫn giữ nó trên quỹ đạo.

Nếu không có lực hấp dẫn, vạn vật trong vũ trụ sẽ trôi nổi không định hướng, các hành tinh, ngôi sao sẽ không thể gắn kết và sự sống như chúng ta biết sẽ không thể nào tồn tại được.

Người nào phát hiện ra lực hấp dẫn?

Để trả lời cho câu hỏi ai phát hiện ra lực hấp dẫn, thì lịch sử vật lý học ghi nhận công lao to lớn của Isaac Newton. Vào năm 1666, tại trang viên Woolsthorpe, Newton khi đang ngồi dưới gốc táo đã chứng kiến một quả táo rơi xuống. Câu chuyện nổi tiếng này đánh dấu bước khởi đầu cho quá trình ông suy nghĩ sâu sắc về lý do tại sao quả táo lại rơi thẳng xuống thay vì bay đi hướng khác.

Qua nghiên cứu, Newton đã đưa ra kết luận rằng Trái Đất hút quả táo bằng một loại lực - lực này trước đó chưa được đặt tên. Sau này, ông đã phát triển lý thuyết tổng quát về lực hấp dẫn, đồng thời công bố định luật vạn vật hấp dẫn, trở thành nền móng vững chắc cho vật lý cổ điển.

Điểm nổi bật của lực hấp dẫn là gì?

Để hiểu sâu hơn về lực hấp dẫn là gì, chúng ta cần tìm hiểu các đặc điểm cơ bản của nó:

• Lực hút: Lực hấp dẫn chỉ có tính chất hút, không có lực đẩy.
• Điểm đặt lực: Lực hấp dẫn tác dụng lên trọng tâm của vật thể.
• Giá của lực: Là đường thẳng nối liền hai tâm vật thể.
• Độ lớn lực: Tỷ lệ thuận với tích hai khối lượng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Lực hấp dẫn có cường độ rất nhỏ nếu so với các loại lực khác như lực điện từ hay lực mạnh trong nguyên tử, tuy nhiên, vì nó có tầm ảnh hưởng vô hạn và tác động lên tất cả vật chất có khối lượng, nên nó đóng vai trò quyết định đối với cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ.

Định luật vạn vật hấp dẫn

Trong chương trình Vật lý lớp 10, định luật vạn vật hấp dẫn là nội dung quan trọng giúp học sinh tiếp cận chính xác hơn về lực hấp dẫn.

Nội dung của định luật

Công thức định luật

Công thức tính định luật vạn vật hấp dẫn như sau:

Trong đó:

• F_hd là độ lớn của lực hấp dẫn (N).
• G là hằng số hấp dẫn (6.674×10−11 N.m2/kg2).
• m₁ và m₂​ là khối lượng hai vật (kg).
• r là khoảng cách giữa hai vật (m).

Ý nghĩa của định luật

Định luật vạn vật hấp dẫn không chỉ giải thích sự rơi tự do của vật thể trên trái đất mà còn lý giải các hiện tượng lớn hơn như quỹ đạo các hành tinh, sự vận động của các thiên hà và sự hình thành các hệ sao.

Trọng lực: Trường hợp riêng của lực hấp dẫn

Trọng lực có độ lớn được tính theo công thức:

Trong đó:

• m là khối lượng vật (kg)
• M và R là khối lượng và bán kính trái đất.
• h là độ cao, được tình từ vật xuống mặt đất (m).

Ta có, P = m.g suy ra gia tốc rơi tự do lúc này sẽ là:

Nếu vật ở gần mặt đất (h << R) ta có:

Một số bài tập minh họa

Dưới đây là các bài tập tiêu biểu giúp học sinh củng cố kiến thức liên quan đến lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn đã học trong chương trình Vật lý lớp 10.

Câu 1

Một hòn đá đang nằm yên trên mặt đất. Lực hấp dẫn mà trái đất tác dụng lên hòn đá sẽ có giá trị như thế nào?

• Lớn hơn trọng lượng của hòn đá.
• Nhỏ hơn trọng lượng của hòn đá.
• Bằng trọng lượng của hòn đá.
• Bằng 0.

Đáp án đúng: C

Giải thích: Vì hòn đá đứng yên trên mặt đất, nên lực hút của trái đất tác động lên nó chính là trọng lực. Do đó, giá trị của lực hấp dẫn bằng với trọng lượng của hòn đá.

Câu 2

Cho hai quả cầu bằng đồng có cùng khối lượng 20 kg. Khoảng cách giữa hai tâm của chúng là 50 cm, bán kính mỗi quả cầu là 10 cm. Biết hằng số hấp dẫn G = 6,67.10^-11 Nm2 /kg^2. Tính lực hấp dẫn giữa hai quả cầu.

• 1,0672.10^-8 N.
• 1,0672.10^-6 N.
• 1,0672.10^-7 N.
• 1,0672.10^-5 N.

Đáp án đúng: C

Giải thích:

Áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn ta có:

Câu 3:

Một vật có trọng lượng 10N khi đặt tại mặt đất. Nếu đưa vật này lên độ cao bằng đúng một bán kính trái đất (tức là độ cao h=Rh = Rh=R, với RRR là bán kính trái đất), thì trọng lượng của vật khi đó sẽ là bao nhiêu?

• 1 N.
• 2,5 N.
• 5 N.
• 10 N.

Đáp án đúng: B

Giải thích: 

Câu 4:

Hai quả cầu đồng chất giống nhau được đặt sao cho khoảng cách giữa hai tâm là r, khi đó lực hấp dẫn giữa chúng là F.

Giả sử thay một trong hai quả cầu bằng một quả cầu khác cũng đồng chất nhưng có bán kính lớn gấp đôi quả cầu ban đầu, đồng thời giữ nguyên khoảng cách giữa hai tâm (tức hai quả cầu vẫn không chạm nhau).

Hỏi: Lực hấp dẫn giữa hai quả cầu lúc này sẽ bằng bao nhiêu?

• A. 2F.
• B. 16F.
• C. 8F.
• D. 4F.

Đáp án đúng: C

Giải thích: Vì hai quả cầu là đồng chất, nên khối lượng tỷ lệ với thể tích, mà thể tích của một khối cầu tỷ lệ với lập phương bán kính. Do đó, khi bán kính tăng gấp 2 lần thì khối lượng tăng gấp 2^3=8 lần.

Lực hấp dẫn tỷ lệ với tích hai khối lượng, nên khi một trong hai khối tăng 8 lần thì lực cũng tăng gấp 8 lần. Vậy lực hấp dẫn mới là 8F.

Lời kết

Qua bài viết này, chắc hẳn bạn đã nắm vững lực hấp dẫn là gì, nguồn gốc phát hiện ra nó, đặc điểm và các bài tập liên quan. Lực hấp dẫn không chỉ chi phối những hiện tượng bình thường trên Trái Đất mà còn là yếu tố then chốt trong sự vận hành của cả vũ trụ bao la. Việc tìm hiểu sâu về lực hấp dẫn mở ra cho chúng ta cánh cửa khám phá các lĩnh vực lớn như thiên văn học, kỹ thuật vũ trụ và vật lý học hiện đại.

Việc học online, làm bài tập hay tra cứu kiến thức sẽ hiệu quả hơn gấp bội khi học sinh có một chiếc laptop phù hợp. Tại FPT Shop, bạn sẽ dễ dàng lựa chọn những mẫu laptop mỏng nhẹ, cấu hình ổn định, pin bền, giá tốt, đặc biệt phù hợp cho nhu cầu học tập của học sinh các cấp.

Click chọn ngay một mẫu laptop Asus giá rẻ tại đây:

• Laptop Asus

Xem thêm:

• Bí mật của Luật hấp dẫn: Liệu Luật hấp dẫn có thật không? Làm thế nào để thực hành Luật hấp dẫn?
• Lực là gì? Tìm hiểu khái niệm, phân loại các loại lực và ứng dụng thực tiễn trong đời sống
• DCF là gì? Phân tích mô hình dòng tiền chiết khấu chi tiết
• Chiến tranh lạnh là gì? Chiến tranh lạnh kết thúc khi nào?
• DCOM Money Express là gì và sử dụng sao cho hiệu quả?