【#1】Ôn Cố Tri Tân: Phải Cách Ly Tại Gia Bởi Dịch Hạch, Issac Newton Tìm Ra Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn

Isaac Newton khoảng 20 tuổi khi Đại dịch hạch Luân Đôn xảy ra. Lúc đó ông chưa được phong tước hiệp sĩ hay mang bộ tóc giả trang trọng đó. Lúc đó ông mới chỉ là một sinh viên đại học bình thường tại Trinity College của Đại học Cambridge.

Phải 200 năm sau đó các nhà khoa học mới phát hiện ra vi khuẩn gây nên bệnh dịch hạch, nhưng ngay cả khi không biết chính xác nguyên nhân, mọi người thời đó vẫn thực hiện một số điều tương tự như chúng ta đang làm để phòng tránh dịch bệnh.

Trong năm 1665, điều đó tương tự như biện pháp “cách ly xã hội” – một biện pháp y tế công cộng đang được thực hiện trong tuần này khi các chính phủ, trường học và nhiều doanh nghiệp, bao gồm tòa soạn báo The Washington Post, yêu cầu mọi người ở nhà nhằm làm chậm sự lây lan của virus Corona mới.

Đại học Cambridge cho sinh viên về nhà để tiếp tục học tập. Đối với Newton, điều đó có nghĩa là trở về Woolsthorpe Manor, dinh thự của gia đình ông cách Cambridge khoảng 60 dặm về phía tây bắc.

Dù không có giáo sư để hướng dẫn mình, Newton vẫn hoạt động hiệu quả. Quãng thời gian hơn một năm ông không đến trường về sau được gọi là annus mirabilis, hay “năm của những điều kỳ diệu”.

Đầu tiên, ông tiếp tục nghiên cứu các vấn đề toán học mà ông đang làm tại Cambridge; các bài viết của ông về những vấn đề trên sau này trở thành những công trình mở đường của môn giải tích.

Tiếp đó, ông mua một vài lăng kính và thử nghiệm với chúng trong phòng ngủ của mình, thậm chí còn khoan một lỗ trên cửa chớp để chỉ một tia sáng nhỏ có thể xuyên qua. Từ đó nảy ra lý thuyết của ông về quang học.

Và ngay bên ngoài cửa sổ nhà ông tại Woolsthorpe, có một cây táo. Chính là cây táo huyền thoại đó. Câu chuyện về việc Newton ngồi dưới gốc cây, bị một quả táo rơi vào đầu và đột nhiên hiểu các lý thuyết về trọng lực và chuyển động, phần lớn là hư cấu. Nhưng theo trợ lý của ông, John Conduitt, có một phần là sự thật. Đây là lời giải thích của Conduitt:

“…Khi đang nghỉ ngơi trong khu vườn, ông tự nhiên nghĩ rằng sức mạnh của trọng lực (có thể làm cho một quả táo rơi từ trên cây xuống mặt đất) hẳn không bị giới hạn trong một khoảng cách nhất định tính từ bề mặt trái đất mà có thể lớn hơn nhiều so với mọi người nghĩ. ‘Tại sao không thể cao lên tới Mặt trăng?’ Ông đã tự hỏi vậy…”

Chúng ta đều biết, định luật vạn vật hấp dẫn là định luật do nhà vật lý học Isaac Newton khám phá ra, và thường được cho là đã hình thành sau khi ông bị “táo rơi vào đầu”. Định luật này khẳng định mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. 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.

Ở Luân Đôn, một phần tư dân số chết vì bệnh dịch hạch trong khoảng thời gian từ năm 1665 đến năm 1666. Đây là một trong những vụ bùng phát lớn cuối cùng trong 400 năm Đại dịch Cái Chết Đen tàn phá châu Âu.

Newton trở lại Cambridge năm 1667 với lý thuyết trong tay. Trong vòng sáu tháng, ông đã trở thành một nghiên cứu viên; hai năm sau, ông đạt danh hiệu giáo sư.

Vì vậy, nếu bạn làm việc hoặc học tập ở nhà trong vài tuần tới, hãy nhớ tới ví dụ của Newton và phát minh vĩ đại của ông.

【#2】Newton Và Những Câu Chuỵên Xung Quanh Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn

nghiên cứu xong, xuống phòng ăn thì thấy thức ăn đã hết, ông cứ tưởng mình đã ăn hết rồi. Còn có câu chuyện kể rằng, khi đến vấn đề khác, không chú ý, ông bỏ cái đồng hồ của mình vào nồi nấu như luộc trứng gà. Điều này chứng tỏ ông hết sức tập trung khi nghiên cứu khoa học. Nếu không có tinh thần chuyên tâm như thế, thì ông không thể có những phát minh khoa học trọng đại đến như vậy.

Có người nói, cho dù Newton nhìn thấy quả táo rơi xuống đất rồi sinh ra linh cảm về lực hấp dẫn từ trung tâm trái đất và kế thừa thành quả của người đi trước, nhưng việc ông phát minh ra định luật vĩ đại này chủ yếu là nhờ vào sự khắc khổ và cần mẫn của ông. Ông khắc khổ và cần mẫn đến mức nào? Nghe nói, vào thời trẻ, Newton hiếm khi ngủ trước 2, 3 giờ sáng, có lúc làm việc suốt đến 5, 6 giờ sáng, đặc biệt vào mùa xuân hay mùa lá rụng, ông thường không rời khỏi phòng thí nghiệm trong vòng 6 tuần, bất kể ngày đêm, lửa lò không bao giờ tắt. Chính vì thế, nên chưa đến 30 tuổi, mái tóc, bộ râu, lông mi của ông đã bạc hết. Ông luôn nghiên cứu vấn đề một cách chuyên tâm như thế.

Tương truyền, một hôm có người bạn đến chơi, ông chiêu đãi người khách ăn cơm. Khi chiêu đãi, ông nói: “Tôi đi lấy bình rượu”. Nhưng khi lấy bình rượu thì bất ngờ nghĩ ra một vấn đề, cần nghiên cứu ngay, thế là ông chạy sang phòng nghiên cứu. Bạn ông chờ chán chê dưới nhà vẫn không thấy ông xuống, bèn ăn trước rồi ra về. Đến khi

Newton

Cũng có một số người cho rằng,

phát minh ra định luật vạn vật hấp dẫn, không thể tách rời thái độ cẩn thận, khiêm tốn vốn có của ông trên con đường khoa học. Khi ông đã có thành công lớn như vậy, nhưng đến lúc lâm chung, ông vẫn nói: “Tôi không biết người đời nghị luận thế nào về tôi, nhưng bản thân tôi cảm thấy, dường như tôi giống một đứa trẻ đang đùa chơi trên bãi biển, có lúc vui mừng khi gặp một viên đá nhỏ sáng lấp lánh. Nhưng cả một đại dương chân lý, ta vẫn chưa có phát hiện”. Sự thật đã chứng minh, chỉ có con người khiêm tốn như mới đạt được thành quả khổng lồ trong khoa học. Tóm lại, người nói trắng, kẻ nói đen, người nói ngắn, kẻ nói dài, ai cũng có cách giải thích riêng của mình. Và câu hỏi tại sao phát minh ra định luật vạn vật hấp dẫn vẫn đang trong vòng tranh luận

【#3】Phân Tích Định Luật “vạn Vật Hấp Dẫn” Của Newton Dưới Góc Độ “tư Duy Thành Công”.

Phân tích định luật “Vạn vật hấp dẫn” của Newton dưới góc độ “Tư duy thành công”.

Mở đầu bài viết, Rich xin được phép trích biểu thức toán học định luật vạn vật hấp dẫn của Newton như sau:

Trong đó:

F là lực hấp dẫn giữa 2 điểm

G là hằng số hấp dẫn

m1, m2: lần lượt là khối lượng 2 điểm

r: là khoảng cách giữa 2 điểm

Đứng dưới góc độ của một người có tư duy thành công, King Rich xin phân tích định luật trên cho các bạn như sau:

1) Dấu nhân trong công thức vạn vật hấp dẫn

Không biết các bạn như thế nào, nhưng ngay từ những ngày đầu tiên tiếp xúc với công thức của Newton, King Rich đã đặt ra ngay một câu hỏi khá ngớ ngẩn: “tại sao trong công thức của Newton lại toàn dấu nhân, chia mà không hề thấy dấu cộng hay trừ”. Câu hỏi đến tai thầy giáo và Rich nhận lại được một câu trả lời khá thản nhiên của thầy: “Em đi mà hỏi ông Newton ý”. Lúc đó, Rich chỉ ân hận một điều là không được sinh ra cùng thời với Newton để đưa câu hỏi này cho Newton giải đáp. Đến tận sau này, Rich mới hiểu ra ý nghĩacủa công thức dưới dạng phân tích theo quy luật. Rich xin lấy một ví dụ đơn giản để tất cả các bạn cùng dễ hiểu. Cho hai cốc nước trắng có mực nước ngang nhau. Cốc 1 đổ đầy đá, sỏi, cát vào. Cốc 2 đổ đầy đường vào cốc. Kết quả chắc chắn là ai cũng biết. Cốc số 1 nước sẽ bị tràn ra ngoài, nước vẩn đục và không sử dụng được. Cốc thứ 2 sau một thời gian đường sẽ ” hòa tan” vào nước. Nếu ai đang bị đói tụt đường huyết thì sử dụng cốc nước thứ 2 quả thật là hiệu quả. Qua bài thí nghiệm thực tế trên, ta phân tích sâu hơn ta nhận thấy: thực tế trong công việc, cuộc sống hàng ngày đôi lúc ta vẫn là những hòn đá, sỏi, những hạt cát không chịu hòa mình vào cốc nước. Chúng ta muốn có những người bạn tốt, nhưng hàng ngày chúng ta vẫn cư thô tục, cục cằn với những người xung quanh chúng ta. Chúng ta không hề biết tôn trọng cảm xúc, suy nghĩ của người khác. Chúng ta dễ dàng đổ lỗi trách cứ xung quanh khi chúng ta thất bại, nhưng chỉ cần người khác thất bại, chúng ta lại “cười” hả hê, chúng ta tìm mọi cách, mọi bằng chứng để chứng minh: “họ có tội”. Chúng ta muốn bán hàng, nhưng chúng ta không chịu học hỏi hiểu tâm lý của khách hàng, cứ tìm mọi cách để “ép” khách mua hàng. Chúng ta đi mua hàng, luôn có suy nghĩ “ta là thượng đế” để lấn áp ….Và còn nhiều ví dụ khác nữa. Ở đây dấu nhân trong công thức biểu thị cho sự ” liên kết, hòa tan” vào cuộc sống, vào với những người xung quanh. Nếu ai ” hiểu” hết được ý nghĩa của dấu nhân trên, ta sẽ làm tăng sức mạnh, tăng năng lượng trong ta và chắc chắn người đó sẽ trở thành một ” nam châm ” hút mọi vật xung quanh.

3) Khối lượng 2 chất điểm 4) Khoảng cách giữa 2 điểm

Trong tư duy logic của toán học, hằng số là những con số thể hiện được ” sự bất biến” không thay đổi của công thức toán học. Nếu nói rộng ra, ” hằng số hấp dẫn thể hiện sự bất biến” của quy luật cuộc sống. Sinh lão bệnh tử là một ví dụ điển hình. Hàng ngày, bạn có cảm thấy có những điều rất chi là lạ, khó hiểu vẫn xảy ra xung quanh chúng ta. Đôi lúc bạn cảm thấy một người chưa từng gặp mặt nhưng rất thân quen, có lúc bạn cảm thấy một điều gì đó trong tương lai, bạn cảm thấy một người bạn trong quá khứ rất chi thân thuộc. Những điều cảm nhận trên nó đều nằm trọn trong 2 chữ ” Quy luật“. Người càng học nhiều, càng hiểu nhiều về quy luật thì càng dễ dàng vận dụng linh hoạt thay đổi điều kiện để tăng khả năng hút, hấp dẫn những người xung quanh vào họ. (Trong một bài viết khác, tôi sẽ phân tích rõ cho bạn về việc vận dụng ra sao quy luật để có thể ” cải mệnh hoàn sinh “.)

(Nguồn: King Rich)

Điều này rất hiển nhiên và rất dễ hiểu. Bạn cứ thử làm một thí nghiệm đơn giản đặt hai thanh nam châm gần và xa nhau và cảm nhận lực hút giữa hai thanh nam châm đó. Thực tế đã chứng minh, khi con người ta gần gũi nhau, khả năng hấp dẫn hút nhau dễ dàng hơn khi ở cách xa nhau. Có thể lấy ví dụ trong tình yêu, hay những câu ca dao dân gian của các cụ ta năm xưa: “Lửa gần rơm lâu ngày cũng bén”, “nước xa không cứu được lửa gần”,….Ở đây, tôi xin đưa ra một lời khuyên nhỏ cho các bạn: ” tăng kết nối, tăng liên kết, tăng chia sẻ “. Hãy biến quả cầu Trái Đất thành mặt phẳng. Và một trong những công cụ rất mạnh giúp ích bạn trong vấn đề trên đó chính là Internet. Internet giúp bạn bỏ qua khoảng cách, giúp bạn có thể cảm nhận, nghe nhìn thấy những điều, việc mà bạn không cần đến tận nơi để cảm nhận. Khi khoảng cách tiến gần đến con số “0” là bạn đã thực hiện một công cuộc cải cách vĩ đại.s

Các bạn nào có thắc mắc, có góp ý hay câu hỏi có thể liên hệ qua địa chỉ mail: [email protected] Cám ơn các bạn đã quan tâm. Xin chào và hẹn gặp lại.

【#4】Những Nghiên Cứu Khoa Học Cho Thấy Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn Của Newton Có Thể Không Tồn Tại :: Blog Tâm Thức

nhung-nghien-cuu-khoa-hoc-cho-thay-dinh-luat-van-vat-hap-dan-cua-newton-co-the-khong-ton-tai

Định luật vạn vật hấp dẫn là định luật do nhà vật lý học Isaac Newton khám phá ra. Định luật này khẳng định mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. 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.

Định luật vạn vật hấp dẫn là một trong những định luật phổ biến nhất, nổi tiếng nhất. Ngay cả với những người không quan tâm tới vật lý hoặc không có kiến thức vật lý học cũng có thể biết đến định luật này. Chính vì sự phổ biến của nó mà rất nhiều người coi định luật này hiển nhiên là chân lý.

Tuy nhiên, như mọi người đã biết, Isaac Newton sinh năm 1643, mất năm 1727. Khi ấy, Châu Âu vẫn thuộc thời đại trung cổ, những thí nghiệm khoa học chịu rất nhiều hạn chế do thiếu phương tiện khoa học thực nghiệm, cũng như những kiến thức cần thiết.

Thí nghiệm rơi tự do

Đây là thí nghiệm rất nổi tiếng của Galileo Galilei, với thí nghiệm này Galileo đã làm sụp đổ một định luật của triết gia vĩ đại: Aristote, cũng như thay đổi quan niệm thông thường của người thời đó.

“Hai vật thể rơi tự nhiên từ cùng một độ cao có tốc độ rơi tỉ lệ thuận với trọng lượng của mỗi vật”. Nói cách khác thì trong các vật rơi từ cùng một độ cao, vật nào nặng hơn sẽ rơi nhanh hơn. Kết luận này đã được triết gia lớn thời cổ Hy Lạp là Aristote nêu ra, và trong một thời gian rất dài, điều này đã được tất cả mọi người coi là chân lí, không có một ai đặt nghi vấn. Tuy nhiên đến giữa thế kỉ XVI (năm 1589), chàng thanh niên mới 20 tuổi người Italia là Galileo đã đặt nghi vấn về vấn đề này.

Ông suy luận: dựa theo kết luận của Aristote, thì nếu chúng ta đem hai vật một nặng và một nhẹ buộc vào nhau, rồi cho rơi xuống từ một điểm cao thì có thể sản sinh ra hai kết quả tự mâu thuẫn với nhau. Một là hai vật thể được buộc vào nhau thì trọng lượng sẽ tăng lên, vì thế tốc độ rơi sẽ nhanh hơn tốc độ của vật nặng đơn nhất, hai là vì tốc độ rơi của vật nhẹ đơn nhất chậm, sẽ làm mất tác dụng một phần tốc độ của vật nặng đơn nhất. Như vậy tốc độ rơi của hai vật thể buộc vào nhau phải chậm hơn tốc độ của vật nặng đơn nhất”. Điều này thì hiển nhiên là không phù hợp với logic.

Galile còn làm thêm một thí nghiệm nữa trong chân không: ông thả rơi đồng thời một mảnh sắt và một cái lông vũ và phát hiện thấy tốc độ rơi của chúng bằng nhau.

Vậy là Galileo dũng cảm tuyên chiến với Aristote. Ông làm thí nghiệm trước công chúng trên cây tháp nghiêng ở thành phố Pixa của nước Italia. Ông lấy hai quả cầu bằng sắt to bằng nhau, nhưng một quả thì đặc, còn một quả thì rỗng, rồi từ trên tháp, hai tay ông đồng thời cho hai quả cầu ấy rơi xuống. Những người đến xem cuộc thí nghiệm đã kinh ngạc phát hiện thấy rằng hai quả cầu bằng sắt đã rơi xuống đất cùng một lúc. Bằng cách đó, Galileo đã tuyên bố với thế giới phát hiện quan trọng của ông: “Định luật rơi tự do”.

Việc Galileo phát hiện ra định luật rơi tự do đã bắt đầu nảy sinh từ chỗ ông hoài nghi lí luận có tính chất quyền uy của Aristote. Kinh nghiệm thành công của ông nói với chúng ta rằng: hoài nghi chính là khởi điểm của phát minh khoa học, chỉ khi nào dám mạnh dạn hoài nghi, nêu vấn đề thì mới có thể có tìm tòi mới, phát. hiện mới và sáng tạo mới.

Năm 2014, nhà vật lý học Brian Cox đã thực hiện lại thí nghiệm kinh điển này tại Phòng giả lập môi trường không gian của NASA ở Ohio, Mỹ. Căn phòng này rộng 30.5 mét, cao 37.2 mét, thể tích là 22,653 mét khối, đây là căn phòng chân không rộng nhất thế giới, để bơm không khí ra ngoài, hệ thống bơm phải hoạt động cật lực hơn 2 giờ đồng hồ.

Video thí nghiệm:

Qua video ta có thể nhận trong môi trường chân không, không có lực cản của không khí, quả bóng bowling và chiếc lông vũ rơi cùng vận tốc với nhau.

Với thí nghiệm trên Galile không chỉ làm sụp đổ định luật của triết gia Aristote mà còn khiến thuyết vạn vật hấp dẫn của Isaac Newton bị chao đảo.

Nếu căn cứ theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, 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.

Theo thí nghiệm trên, khoảng cách từ quả tạ, chiếc lông ngỗng đến điểm đích là ngang nhau, nhưng quả tạ nặng hơn, như vậy, căn cứ theo định luật vạn vật hấp dẫn, quả tạ với trái đất sẽ sinh ra một lực hấp dẫn lớn hơn. Và điều gì sẽ xảy ra? Theo lý thuyết vạn vật hấp dẫn thì quả tạ sẽ phải rơi nhanh hơn chiếc lông ngỗng. Nhưng thực tế là chúng rơi xuống điểm đích cùng một thời điểm.

Phải chăng trong trường hợp này định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là không chính xác?

Sự vận hành của vũ trụ, thiên hà, hành tinh không tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn

Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, vạn vật trong vũ trụ, bao gồm các thiên hà và các hành tinh, vận hành nhờ lực hấp dẫn. Nhưng có một điểm yếu “chết người” ở đây là: khối lượng của các vật chất trong vũ trụ là không đủ “lực hấp dẫn” để duy trì sự ổn định của vũ trụ, nói cách khác, căn cứ theo định luật vạn vật hấp dẫn thì vũ trụ sẽ lập tức bị giải thể.

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, khối lượng vật chất trong vũ trụ chỉ đạt khoảng 5% khối lượng cần có để duy trì sự vận hành ổn định, vậy 95% khối lượng vật chất còn lại thì ở đâu? Các nhà khoa học đặt giả thiết rằng vật chất đó chính là “vật chất tối”, là vật chất mà con người chưa phát hiện ra.

Vật chất tối bắt đầu có tên trong tự điển thiên văn thế giới vào năm 1933, bởi nhà thiên văn Thụy Sĩ Fritz Zwicky.

Sau đó giới khoa học đã đầu tư nguồn lực đáng kể để xác định vật chât tối: trên không gian, mặt đất và tại CERN (Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân châu Âu),… nhưng tất cả đều không thành công.

Bất chấp những nguồn lực khổng lồ đã được chi ra cho những nghiên cứu, chưa từng có lý thuyết hay quan sát nào có thể định nghĩa được loại “vật chất tối” là gì. Cho đến hiện nay vật chất tối vẫn là bí ẩn thách thức giới khoa học.

Như vậy thuyết vạn vật hấp dẫn của Newton có thể là một luận điểm rất chông chênh, bởi nó không đứng trên một căn cứ khoa học nào để lý giải cho sự vận hành ổn định của thiên hà và các tinh hệ bên trong nó.

Giả sử “vật chất tối” là có tồn tại thì thuyết vạn vật hấp dẫn cũng rất khó đứng vững. Bởi nếu thiên hà và các hành tinh được duy trì bởi những “lực hấp dẫn” ngẫu nhiên, thì các vật chất bên trong nó rất khó tạo một cân bằng động ổn định qua hàng tỉ năm như hiện nay, bất kỳ một sự di chuyển hay thay đổi nào cũng kéo theo những phản ứng dây chuyền khiến các hành tinh trở nên hỗn loạn. Chẳng hạn một hành tinh bị nổ tung, thì tất cả các hành tinh xung quanh nó phải điều chỉnh lại vị trí để cho phù hợp với “lực hấp dẫn” khi không còn lực hấp dẫn của hành tinh kia nữa, cứ như vậy dẫn đến tất cả các hành tinh trong hệ thiên hà phải điều chỉnh lại. Trong thực tế, điều này không xảy ra khi một hành tinh bị giải thể.

Các nhà vật lý tính toán rằng để sự sống có thể tồn tại, trọng lực và các định luật vật lý khác chi phối vũ trụ của chúng ta cần phải được điều chỉnh một cách vô cùng chính xác nếu không vũ trụ của chúng ta không thể tồn tại. Nếu tốc độ nở ra của vũ trụ chỉ cần yếu hơn một chút, trọng lực sẽ kéo tất cả các vật chất trở thành một “Vụ Co Lớn” (Big Crunch – là một giả thuyết về sự quy tụ của vũ trụ trở lại một điểm sau khi nó ngừng nở ra sau Vụ Nổ Lớn). Stephen Hawking viết:

“Nếu tốc độ nở ra một giây sau vụ nổ Big Bang mà nhỏ hơn kể cả một phần một trăm ngàn triệu triệu, vũ trụ sẽ tái sụp đổ trước khi nó có thể đạt tới kích thước hiện tại của nó “.

Trái lại, nếu tỷ lệ nở ra chỉ cần lớn thêm một phần nhỏ, tất cả các thiên hà, ngôi sao và các hành tinh có thể đã không bao giờ hình thành, và chúng ta sẽ không thể xuất hiện.

Rất nhiều nhà khoa học hiện này đã nghi ngờ thuyết vạn vật hấp dẫn của Newton. Các nhà khoa học cho rằng, trong vũ trụ hiện nay chắc chắn tồn tại một nguyên lý để duy trì sự ổn định xảo diệu của vũ trụ, nhưng đó không phải là thuyết vạn vật hấp dẫn. Nói theo cách của vật lý học thì lực hấp dẫn không phải là một lực tương tác cơ bản như chúng ta vẫn nghĩ hiện nay, thay vào đó có thể là nó được dẫn xuất từ một lực khác cơ bản hơn.

Vậy một lực nào cơ bản hơn lực hấp dẫn để có thể duy trì được sự ổn định của thiên hà?

Tiến sĩ Eric Verlinde, một nhà lý thuyết dây đáng kính và là tiến sĩ vật lý học tại Viện Vật lý Lý thuyết thuộc trường Đại học Amsterdam đã đưa ra một nhận định mới về lực hấp dẫn, cách tiếp cận của Verlinde cho rằng chúng ta không cần vật chất tối trong mọi hoàn cảnh, mà hãy suy nghĩ thêm về lực hấp dẫn.

Ông cho biết, lực hấp dẫn không phải một lực cơ bản của tự nhiên, nó là một hiện tượng – như nhiệt độ là hiện tượng được phát sinh từ sự chuyển động của các hạt vi mô. Nói cách khác, lực hấp dẫn là tác dụng phụ, không phải là nguyên nhân của những gì đang xảy ra trong vũ trụ.

Lý thuyết của Tiến sĩ Verlinde cho rằng lực hấp dẫn thực chất là lực entrôpi. Một vật chuyển động xung quanh các vật thể nhỏ khác sẽ làm thay đổi sự xáo trộn xung quanh các vật thể đó và sẽ cảm thấy như có lực hấp dẫn.

“Đối với tôi, lực hấp dẫn không hề tồn tại”, tiến sĩ Verlinde cho biết. “Từ lâu chúng tôi đã được biết lực hấp dẫn không tồn tại. Đã đến lúc phải nói lên điều đó.”

Ngoài ra còn một giả thuyết khác nghe có vẻ hợp lý hơn về sức mạnh đã duy trì sự tồn tại ổn định của vũ trụ, đó là tồn tại một Đấng Sáng Thế và vũ trụ chẳng qua là một “bản thiết kế” của Ngài.

Bản thân Newton cũng bày tỏ một cách nghiêm chỉnh: “Từ trật tự kỳ diệu của các thiên hệ, chúng ta không thể không thừa nhận những điều này chắc chắn được tạo nên bởi những sinh mệnh cao cấp toàn trí toàn năng… Vạn vật trong vũ trụ, tất nhiên là có một vị Thần toàn năng đang điều khiển và khống chế hết thảy.”

Các nhà sinh học phân tử khi nghiên cứu về mã hóa phức tạp trong DNA đã phải thừa nhận rằng vũ trụ và sự sống của chính nó dường như là một phần của một thiết kế lớn.

Các nhà vũ trụ học – những người chuyên nghiên cứu về vũ trụ và nguồn gốc của nó đã sớm nhận ra rằng vụ nổ vũ trụ sẽ giống như một vụ nổ hạt nhân, và không thể mang tới bất kể một sự sống nào trừ khi nó được thiết kế một cách chính xác để làm như vậy. Và điều đó có nghĩa rằng người thiết kế ra nó hẳn phải lên kế hoạch trước đó. Họ bắt đầu sử dụng những từ như “Đấng Tạo Hóa”, “Siêu Trí Tuệ” hay thậm chỉ là “Đấng Tối Cao” để mô tả về người thiết kế này.

Và nếu vũ trụ chỉ là một bản thiết kế của Đấng Sáng Thế thì hẳn ngài sẽ có cách để nó vận hành ổn định.

Nguồn:https://www.dkn.tv/khoa-hoc-cong-nghe/nhung-nghien-cuu-cho-thay-dinh-luat-van-vat-hap-dan-cua-newton-co-the-khong-ton-tai.html

【#5】Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn Của Newton? (Lực Hấp Dẫn Là Gì?)

Chúng ta hầu như không nghĩ về nó, nhưng trọng lực xác định cách chúng ta tương tác với thế giới của chúng ta. Chúng ta lớn lên trong giới hạn của nó, và cơ bắp, hệ thống cân bằng, tim và mạch máu đều phụ thuộc vào nó. Trọng lực theo nghĩa đen là căn cứ cho chúng ta – nhưng chính xác thì nó là gì?

Các nhà vật lý coi trọng lực là một trong bốn lực cơ bản chi phối vũ trụ, bên cạnh lực điện từ và lực hạt nhân mạnh và yếu. Một lực được định nghĩa là một tương tác làm thay đổi chuyển động của một vật thể, và vì vậy bốn lực này làm nền tảng cho tất cả các vật lý và xác định cách mọi thứ trong vũ trụ tương tác – từ sự tương tác vũ trụ rộng lớn của các thiên hà đến các liên kết chặt chẽ liên kết các hạt quark bên trong một proton hoặc neutron .

Trọng lực là yếu nhất trong số các lực này, nhưng đó là lực chúng ta đã biết từ lâu nhất. Trong nhiều thế kỷ, chúng ta biết rằng đôi chân của chúng ta được giữ trên mặt đất và các hành tinh được giữ trên quỹ đạo quanh Mặt trời. Ngay cả trước khi lực hấp dẫn được mô tả một cách toán học, nhà thiên văn học và nhà toán học thế kỷ 17, Julian Kepler đã xây dựng các định luật chính xác để dự đoán chuyển động của các hành tinh.

Thật không may, không ai có bất kỳ manh mối nào tại sao các hành tinh quay quanh vị trí đầu tiên.

Bước vào Isaac Newton, người nhận ra rằng phải có một lực tác động giữa các hành tinh và Mặt trời. (Ông cũng định nghĩa thế nào là một lực.) Có hay không một quả táo rơi thực sự đã thúc đẩy khoảnh khắc eureka của ông, phương trình ông đưa ra để mô tả hành vi của lực này là một cuộc cách mạng.

Nó hiểu rõ điều này: các vật thể càng lớn, lực hút giữa chúng càng lớn, nhưng chúng càng cách xa nhau, sức hút càng yếu.

Bằng cách cắm một vài con số vào phương trình này, chúng ta có thể mô tả và dự đoán gần như tất cả các hiện tượng hấp dẫn trên Trái đất cộng với chuyển động của các hành tinh, sao chổi và mặt trăng. Nó giải thích tại sao các ngôi sao tụ lại thành các thiên hà và tại sao các thiên hà tụ lại để tạo thành các cụm.

Nhưng phương trình không mô tả hoàn hảo mọi thứ chúng ta thấy – ví dụ, kích thước của những thay đổi dần dần trong quỹ đạo của Sao Thủy quanh Mặt trời. Và như chính Newton thậm chí tự hỏi, làm thế nào một lực có thể hoạt động tức thời ở khoảng cách thậm chí xuyên qua khoảng trống của không gian?

Nguồn:cosmosmagazine.com

【#6】Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn Là Gì? Bài Tập Áp Dụng Lý Thuyết Định Luật

Định luật vạn vật hấp dẫn được nhà vật lý Isaac Newton khám phá ra khi bị quả táo rơi vào đầu. Ông rút ra được rằng mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực được gọi là lực hấp dẫn. Và lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích của hai khối lượng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Kiến thức về định luật vạn vật hấp dẫn

Lực hấp dẫn

Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau bởi một lực 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 hiện nay chính là lực hấp dẫn giữa trái đất và các vật trên trái đất.

Định luật vạn vật hấp dẫn

Lực hấp dẫn giữa hai điểm bất kì sẽ tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Ta có thể biểu diễn qua công thức sau đây:

Trong đó:

  • F là 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 hằng số hấp dẫn

Đặc điểm của lực hấp dẫn

Đặc điểm của lực hấp dẫn được thể hiện qua 3 phương diện sau:

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

Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng. Hay có thể đúng với các vật đồng chất và có dạng hình cầu.

Tìm hiểu về trọng lực

Trọng lực của một vật chính là lực hấp dẫn giữa Trái đất và chính vật đó. Trọng lực sẽ được đặt vào trọng tâm của vật. Trọng lực của vật sẽ được tính theo công thức sau đây:

Trong đó:

  • P là lực hấp dẫn giữa Trái đất và vật tác động
  • m là khối lượng
  • h là độ cao so với mặt đất
  • G = 6,67.10-11 Nm2/kg2 gọi là hằng số hấp dẫn
  • M là khối lượng trái đất

Mặt khác: P = m.g để suy ra được công thức của gia tốc rơi tự do.

Gia tốc rơi tự do là gì?

Công thức trên chỉ ra được rằng g chính là gia tốc rơi tự do. Để thuận lợi hơn trong khi giải bài tập thì gia tốc rơi tự do thường được quy định xấp xỉ bằng 10. Cụ thể là 9.8m/s^2

Những vật gần Trái Đất chịu sự tác động như thế nào từ lực hấp dẫn?

Ta có công thức tính gia tốc rơi tự do của vật khi h nhỏ hơn rất nhiều so với R:

Ta kết luận được rằng gia tốc rơi tự do g không chỉ phụ thuộc vào vĩ độ trên Trái Đất mà còn phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất.

Bài tập củng cố kiến thức

Bài tập lý thuyết về định luật vạn vật hấp dẫn

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

Đáp án: D

Đáp án: C

Câu 3: Một viên đá nằm cố định trên mặt đất. Hãy xác định giá trị lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên viên đá trên?

Đáp án: C

Bài tập có số liệu tính toán định luật vạn vật hấp dẫn

Câu 4: Cho hai quả cầu có khối lượng 20kg, bán kính 10cm, khoảng cách giữa hai tâm đo được là 50cm. Hãy xác định độ lớn lực hấp dẫn giữa hai quả cầu là bao nhiêu? Biết rằng đây là hai quả cầu đồng chất.

Đáp án: C

Câu 5: Hai quả cầu giống nhau được đặt cách nhau một khoảng r, lực hấp dẫn giữa chúng là F. Khi chúng ta thay một trong hai quả cầu trên bằng một quả cầu đồng chất khác. Với bán kính lớn gấp hai lần và giữ nguyên khoảng cách giữa hai tâm. Hãy xác định lực hấp dẫn giữa 2 quả cầu mới?

Đáp án: C

Câu 6: Khoảng cách giữa Mặt Trăng với tâm Trái Đất là 38.107 m; khối lượng Mặt Trăng là 7,37.1022kg, Trái Đất là 6.1024 kg. Biết hằng số hấp dẫn G = 1,0672.10-8N. Hãy xác định độ lớn lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng?

Đáp án: A

Câu 7: Đặt 1 quả cầu có trọng lượng 10 N ở mặt đất. Nếu chuyển quả cầu ở độ cao cách Trái Đất một khoảng R là bán kính Trái Đất. Hãy xác định trọng lượng của quả cầu?

Đáp án: B

Bài tập gia tốc trong định luật vạn vật hấp dẫn

Câu 8: Biết gia tốc rơi tự do tại đỉnh núi và chân núi lần lượt là 9,809 m/s2 và 9,810 m/s2. Coi Trái Đất là đồng chất và chân núi cách tâm Trái Đất 6370km. Hãy xác định độ cao của ngọn núi?

Đáp án: A

Câu 9: Ta có khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng trung bình gấp 60 lần bán kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng < khối lượng Trái Đất khoảng 81 lần. Cho 1 vật M nằm trên đường thẳng nối tâm của Trái Đất và Mặt Trăng. Biết lúc này lực hấp dẫn của Trái Đất và của Mặt Trăng cân bằng. Hãy xác định khoảng cách từ vật M đến tâm Trái Đất gấp bao nhiêu lần?

Đáp án: B

【#7】Định Luật Kepler Và Newton Về Chuyển Động Của Các Hành Tinh

Hệ Mặt Trời của chúng ta bao gồm 8 hành tinh: Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh – quay xung quanh Mặt Trời với quỹ đạo hình elip. Khác với những ngôi sao – những thiên thể ở rất xa Trái Đất nên tọa độ của chúng thay đổi rất chậm, những hành tinh trong hệ Mặt Trời của chúng ta ở những khoảng cách đủ cho chúng ta có thể nhận thấy sự thay đổi vị trí của chúng, chính vì thế, nguồn gốc từ Hy Lạp của hành tinh là: πλάνητεςαστέρες có nghĩa là những ngôi sao lang thang.

Định luật Kepler về chuyển động của hành tinh

Sơ lược tiểu sử Giohanes Kepler

Kepler sinh năm 1571 trong một gia đình quân nhân. Cậu bé thiếu tháng ấy tưởng đã chết sau khi mới lọt lòng mẹ. Rồi không ngờ cậu lại sống sót.

Năm 6 tuổi, cậu lại bị bố mẹ bỏ rơi trong cơn sốt mê sảng vì bệnh đậu mùa. Năm 13 tuổi, cậu lại thoát chết lần thứ ba. Sau khi học xong phổ thông, cậu vào học thần học ở trường đại học, mong trở thành linh mục ở nhà thờ Luthơran. Nhưng rồi ý định ấy bị thay đổi khi ông bộc lộ năng khiếu về toán học.

Năm 1594, ông được bổ trợ làm giáo sư toán ở Graz và ông cư trú và xây dựng gia đình ở đó.

Bốn năm sau, cả gia đình ông đều phải chạy chốn bởi sự ngược đãi tôn giáo. Ông đến phụ việc cho nhà thiên văn học người Đan Mạch Tikhô Brahê. Lòng say mê thiên văn học của ông bắt đầu từ đây.

Trong từng đường đi nước bước, ông không phải là người may mắn. Từ lúc khóc chào đời đến lúc mất, ông phải chiến đấu với bệnh tật, nghịch ảnh và sự ngược đãi.

Thậm chí cuối đời, ông đã mất trong mệt mỏi, kiệt sức vì buồn phiền và nghèo túng. Đàn con đông đúc của ông được thừa kế một gia sản sơ sài chỉ gồm 22 đồng floring, 2 chiếc áo sơ mi cũ, 57 cuốn sách và 16 cuốn các bảng phác thảo thiên văn.

Định luật 1: Mọi hành tinh đều chuyển động quanh Mặt Trời theo các quỹ đạo hình elip với Mặt Trời là một tiêu điểm.

Trong hình vẽ trên ta có: S là Mặt Trời cùng với F 1 là 2 tiêu điểm của quỹ đạo hành tinh. O là tâm, A 1A 2 là . Ta có:

* Tại A 2, hành tinh gần Mặt Trời nhất, nó được gọi là , khoảng cách cận nhật: .

* Tại A 1, hành tinh xa Mặt Trời nhất, nó được gọi là , khoảng cách viễn nhật: .

Gọi P là vị trí của hành tinh vào một thời điểm nào đó, ta có r = SP gọi là , hay . Cho SN hướng theo một hướng nào đó trên mặt phẳng quỹ đạo hành tinh. Ta đặt góc giữa SN và SP là θ theo chiều chuyển động của hành tinh; cho ω là giá trị của góc θ khi nó đi qua điểm cận nhật. (Đối số của điểm cận nhật). Khi đó:

Ta có phương trình cực của quỹ đạo hành tinh:

Thời gian để hành tinh đi hết một vòng trên quỹ đạo của nó (T) gọi là . Chu kỳ quỹ đạo của Trái Đất là 1 năm (khoảng 365,25 ngày Mặt trời trung bình).

Định luật II: Vectơ bán kính quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau.

Cho P là vị trí của hành tinh vào thời điểm t, Q là vị trí của nó sau khoảng thời gian ∆t. Khi đó vectơ bán kính SQ tạo với tia SN một góc θ + ∆θ. Ta có góc PSQ nhỏ nên có thể coi PQ như một đoạn thẳng. Khi đó diện tích quét trong thời gian ∆t là S∆PSQ = r.(r + ∆r).sin(∆θ) ≈ r2. ∆θ = const. Ta có:

Trong thời gian T, vectơ bán kính quét được một góc là 360 o, cho n là tốc độ quét trung bình của vectơ bán kính. Ta có:

Ta lại có , T là chu kỳ nên:

Định luật III: Tỉ số giữa lập phương bán trục chính và bình phương chu kỳ là như nhau cho mọi hành tinh quay quanh Mặt Trời.

Cho a và a 1 là bán trục lớn của hai hành tinh và T và T 1 là chu kỳ của chúng. Theo định luật III ta có:

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton và chuyển động của hành tinh

Sơ lược về tiểu sử Isaac Newton

Newton sinh năm 1642 tại Vunxtoc miền Nam nước Anh trong một gia đình điền chủ giàu có. Khi Newton chưa ra đời cha ông đã mất. Hai nă sau mẹ ông lại tái giá. Thủa thơ ấu, Newton sống trong sự chăm sóc, dạy dỗ của ông ngoại và người chú. Khi đi học, Newton vốn yếu ớt, nên thường bị các bạn bắt nạt. Cậu bèn quyết tâm học cho giỏi và quả nhiên sau đó đã trở thành một học sinh suất sắc được bạn bè kính nể.

Newton rất say mê với những trò chơi vật lý. Cậu thường tự làm lấy đồ chơi và có những phát minh rất tài tình. Một lần, Newton khoe với các bạn mình rằng nhà mình có một chiếc cối xay thần. Thấy các bạn không tin, cậu dẫn các bạn ra vườn. Ở đó có một chiếc cối xay nhỏ, Kỳ lạ là không cần có sức gió, sức nước hay một lực kéo nào khác mà chiếc cối vẫn quay vù vù và có thể xay được hạt lúa mì thành bột. Các bạn đều thán phục, cho là Newton có phép quỷ thuật. Mãi sau trò quỷ thật đó mới được khám phá. Thì ra Newton đã sử dụng một đàn chuột kéo nhau chạy nhảy theo một hướng làm cối xay quay.

Newton có nhiều sáng kiến khác nữa như: chế ra chiếc xe phản lực chạy bằng hơi nước, đồng hồ nước, đồng hồ Mặt trời… Tuy nhỏ tuổi nhưng Newton đã sớm bộc lộ những năng lực phi thường của một nhà phát minh sau này.

Năm 1661, khi 19 tuổi, Newton theo học tại trường đại học Kembritgiơ. Tại đây Newton được học cùng với giáo sư Barâu và bắt đầu biết đến hình học Đêcac, số học vô cực của Oalit. Mặc dù đang là sinh viên nhưng Newton đã tìm ra một công thức toán tồn tại mãi đến ngày nay gọi là nhị thức Newton. Cũng từ đó, Newton tiến sâu vào lĩnh vực khoa học và đưa ra những phát minh vĩ đại.

Newton mất năm 1727 tại Luân Đôn ở tuổi 85 và không có gia đình.

Sự nghiệp khoa học của Newton rất đồ sộ. Ông đã trở thành nhà bác học vĩ đại nhất trong những nhà bác học vĩ đại.

– Năm 1665, ở tuổi 23, Newton đưa ra định luật vạn vật hấp dẫn.

– Năm 1669, Newton thay thế thầy giáo mình là Barâu, trở thành giáo sư toán của trường Kembritgiơ. Tại đây, Newton đã khám phá ra cấu tạo của ánh sáng trắng. Từ năm 1663-1671, ông giải thích thêm những hiện tượng sinh ra cầu vồng để bổ sung thêm vào môn hình học Đêcac.

– Newton còn làm một kính thiên văn để nghiên cứu các vì sao. Trong quyết định nghiên cứu các hiện tượng này, ông đã phát minh ra kính viễn vọng. Kính thiên văn thời này được làm dựa trên những thiết kế của Newton.

– Năm 1672, Newton được bầu vào Hội khoa học Hoàng gia, tức viện hàn lân khoa học nước Anh khi đó.

– Năm 1704, Newton cho in cuốn ” Quang học ” mà ông đã viết từ hồi còn ở Kembritgiơ.

Bằng trí thông minh tuyệt vời, niềm say mê, sáng tạo không ngừng, Newton đã cống hiến cho nhân loại những phát minh cực kỳ to lớn. Ông mất vào đêm ngày 20, rạng ngày 21/3/1727, tại Luân Đôn. Mộ của ông được đặt tại tu viện Oexmintơn, nơi an nghỉ của các danh nhân nước Anh. Trên bức tường tưởng niệm ông, người ta khắc câu thơ nổi tiếng của Luycrexơ: ” Người đã vượt lên trên tất cả các thiên tài “.

Các giai thoại và thí nghiệm nổi tiếng của Newton:

Giai thoại quả táo rụng: Một ần Newton ngồi nghỉ dưới gốc cây táo, chợt một quả táo chín rụng xuống đất, ông thầm hỏi: ” Tại sao quả táo kia không bay lên không trung mà lại rơi xuống đất “. Rõ ràng là Trái Đất đã hút quả táo. Mọi vật đều bị hút vào tâm Trái Đất. Newton đưa ra nhận định: Trong vũ trụ mọi vật tồn tại đều do lực hấp dẫn. Vật có khối lượng càn lớn thì lực hấp dẫn càng cao. Định luật vạn vật hấp dẫn ra đời từ đó.

Phát minh đĩa Newton: trên chiếc đĩa, ông chia ra làm 7 phần, mỗi phần một màu sắc: đỏ- cam- vàng- lục- lam- chàm- tím. Chiếc đĩa này khi quay tít như đĩa hát thì 7 màu sẽ bị hòa lại thành màu trắng. Đó là một thí nghiệm nổi tiếng về cấu tạo của ánh sáng trắng.

Giây phút đãng trí của Newton: vốn là một người yêu động vật, Newton nuôi một con chó và một con mèo. Muốn cho hai con vật đó có thể đi lại tự do trong phòng làm việc của mình, ông cho đục trên tường hai cái lỗ: một to, một nhỏ. Ông đã quên rằng: chỉ cần đục một cái lỗ cũng đủ cho chúng qua lại một cách dễ dàng.

Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn giữa hai điểm tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng và chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

trong đó:

– m và m 1: là khối lượng của hai vật.

– r: khoảng cách giữa hai vật.

– G: hằng số hấp dẫn.

Áp dụng vào khảo sát chuyển động của hành tinh:

Mặt phẳng quỹ đạo chuyển động của hành tinh:

Cho S và P là vị trí của Mặt Trời và hành tinh vào thời điểm t và một hệ tọa độ OXYZ như hình vẽ và chúng có tọa độ lần lượt là S(X S;Y S;Z S) và P(X P;Y P;Z P).

Theo định luật vạn vật hấp dẫn, hành tinh P chịu tác dụng từ S một lực (với r = SP). Thành phần của lực khi chiếu xuống trục OX là:

Nếu là thành phần của gia tốc của P song song với OX, theo định luật II Newton về chuyển động, ta có:

(a)

Bây giờ, Mặt Trời S chịu tác dụng từ hành tinh P một lực và khi chiếu lên trục OX là:

Nếu là thành phần của gia tốc của S song song với OX, theo định luật II Newton về chuyển động, ta có:

(b)

Chia (a) với m và (b) với M rồi lấy hiệu của chúng, ta được kết quả:

(c)

Làm tương tự khi ta chiếu lên các trục OY và OZ, ta có:

Ba phương trình (d), (e), (f) mô tả chuyển động của P đối với Mặt Trời.

Nhân (e) với ζ và (f) với η rồi lấy hiệu của chúng ta được kết quả:

Làm tương tự ta cũng có:

Lần lượt nhân (g), (h), (i) với ξ, η, ζ rồi tính tổng các vế, được kết quả:

đây là phương trình mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh.

Phương trình chuyển động của hành tinh trên mặt phẳng quỹ đạo của nó:

Bây giờ, ta sẽ xét chuyển động của hành tinh với hai trục tọa độ có gốc là Mặt trời và nằm trên mặt phẳng quỹ đạo hành tinh. Đó là hệ trục tọa độ Sxy như hình vẽ. Ở đây, SN là trục x, trục y vuông góc với trục x theo chiều chuyển động của hành tinh. Ta có phương trình chuyển động của hành tinh tương tự như đã được phân tích ở phần trên:

Công thức chuyển đổi từ tọa độ hình chữ nhật sang tọa độ cực, ta có:

x = chúng tôi θy = chúng tôi θ (2)

Cho α và β là thành phần gia tốc của P khi chiếu lên các trục tọa độ, ta có:

Từ phương trình đầu tiên của (2), ta lấy vi phân:

Tương tự cho phương trình thứ hai:

Thay 2 phương trình ẍ và ӱ có ở trên vào phương trình đầu tiên của (3), ta được:

Thay 2 phương trình của (1) và phương trình đầu tiên của (3), rồi thay x,y từ hai phương trình của (2) và kết quả thu được. Rút gọn lại ta được:

Như vậy:

(4).

Tương tự ta cũng có:

Mà:

Đặt u = 1/r, khi đó phương trình h trở thành: (5)

Ta lại có:

thế vào phương trình trên ta có:

Ta lại có:

(6)

Bình phương 2 về của (5) rồi nhân với r ta được: (7)

Thế (6) và (7) vào (4) ta được:

Giải phương trình vi phân:

Đặt (2), thay vào phương trình ta có:

(1)

Đặt có các khai triển: và

thay trở lại công thức (1) ta có:

Ta lại có:

mà thay trở lại công thức trên ta có:

Đặt A = a + b và B = i.(a – b) ta có:

Từ công thức (2) ta có:

Đặt thì ta có:

Mà r = 1/u nên:

Đặt và ta có:

(Đây là phương trình tọa độ cực của 1 đường conic)

Vận tốc của hành tinh trên quỹ đạo của nó:

Trong hình vẽ bên V được biểu diễn bởi PT (tiếp tuyến của elip), r được biểu diễn bởi PQ và được biểu diễn bởi PL (vuông góc với PQ). Khi đó:

với:

Từ ta có:

Từ đó:

Mà và u=1/r, ta có:

Hành tinh di chuyển nhanh nhất khi r nhỏ nhất (tại vị trí hành tinh qua điểm cận nhật):

Hành tinh di chuyển chậm nhất khi r lớn nhất (tại vị trí hành tinh qua điểm viễn nhật):

Các công thức cơ bản

– Khoảng cách góc thật và khoảng cách góc lệch tâm:

Khoảng cách góc thật (v) là khoảng cách góc từ vị trí của hành tinh vào một thời điểm đến điểm cận nhật nhìn từ Mặt Trời theo chiều chuyển động của hành tinh. Ta có:

Khoảng cách góc lệch tâm (E) là khoảng cách góc của hành tinh khi chiếu lên đường tròn đến điểm cận nhật nhìn từ tâm quỹ đạo theo chiều chuyển động của hành tinh. Ta có:

Ta có công thức liên hệ giữa khoảng cách góc thật và khoảng cách góc lệch tâm:

– Phương trình Kepler:

Ta gọi τ là thời điểm hành tinh đi qua điểm cận nhật và T là chu kỳ quỹ đạo. Vào thời điểm t, hành tinh đang ở vị trí P. Trong khoảng thời gian ( t – τ), vectơ bán kính di chuyển từ SA 2 tới SP và quét được diện tích SPA 2. Theo định luật II Kepler:

. Do đó:

Từ định nghĩa góc chuyển động trung bình n. Góc n.(t – τ) biểu thị cho góc tại thời điểm (t – τ) bởi một vectơ bán kính quanh S với hằng số vận tốc góc n. Đặt M = n.(t – τ) gọi là khoảng cách góc trung bình. Khi đó:

Ta lại có: . Trong đó:

* với và nên:

* Ta vẽ các đường thẳng vuông góc với A 1A 2 như P 1H 1. Ta có: . Tính tổng độ dài tất cả các đoạn thẳng như thế ta được:

Như vậy:

Từ đó, ta có:

– Phương trình trung tâm:

* Giải phương trình Kepler M = E – chúng tôi E:

Ta có E = M + chúng tôi E

E3 = M + e.sin(M + chúng tôi M) = M + chúng tôi M.cos(e.sin M) + chúng tôi M.sin(e.sin M)

với E là một số nhỏ, ta có: E3 = M + chúng tôi M + chúng tôi chúng tôi M = chúng tôi M + e2.sin(2.M)/2

Làm tiếp khai triển như thế ta được:

(1)

* Giải phương trình liên hệ giữa khoảng cách góc thật và khoảng cách góc lệch tâm:

Đặt với ta có:

Đặt ta có

Từ và , ta có thể viết:

Làm tương tự với tan(E/2) và ghép lại ta được:

Logarit 2 vế:

Bây giờ với và với x<1 e<1, ta có:

với

Khi đó: (2)

Từ (1) ta có:

Với độ chính xác giới hạn trong e 2 nên công thức trên trở thành:

Trong giới hạn cần thiết khai triển tương tự ta cũng có:

sin(2.E) = sin(2.M) + e.[sin(3.M)-sinM] sin(3.E) = sin(3.M)

Thay sin E, sin(2.E), sin(3.E) khai triển ở trên vào công thức (2) ta được:

【#8】Thuyết Trọng Lực Và Định Luật Hấp Dẫn

Bằng câu hỏi của bạn, tôi nghĩ bạn đã tự hỏi về sự khác biệt giữa định luật hấp dẫn và thuyết hấp dẫn.

Cả hai tồn tại.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là một bản tóm tắt các quan sát. Chúng ta hãy nhìn vào những gì mà pháp luật của Ý có nghĩa là. Ví dụ, giả sử, tôi là người đầu tiên nhận thấy rằng bất cứ khi nào nước nóng được đổ vào nước lạnh, nhiệt độ cuối cùng ở giữa nhiệt độ nóng và lạnh, tôi có thể đề xuất một luật, Luật Nhiệt độ hỗn hợp của Rob: bất cứ khi nào nóng và lạnh Hỗn hợp chất lỏng, nhiệt độ của hỗn hợp nằm giữa hai nhiệt độ ban đầu. Trên thực tế, điều đó tương đương với một trong những định luật nhiệt động lực học nên tôi không phải là người đầu tiên! Quan điểm là, Luật của Rob chỉ là một bản tóm tắt về một số sự kiện dường như có điểm chung. Nếu bạn hỏi tôi tại sao luật pháp hoạt động, tôi sẽ phải trả lời, tôi không biết. Nó chỉ có vẻ là một quy luật tự nhiên. Tôi sẽ xem liệu tôi có thể đưa ra một lý thuyết cho nó không.

Một lý thuyết là một lời giải thích được đề xuất cho pháp luật. Trên thực tế, Lý thuyết phân tử Kinetic cho rằng nhiệt độ là thước đo tốc độ chuyển động trung bình của các hạt cung cấp một lời giải thích cho Định luật Nhiệt độ hỗn hợp của Rob.

Vấn đề là, một luật là một bản tóm tắt các quan sát chỉ ra những gì dường như là một cái gì đó phổ biến về các quan sát. Một lý thuyết là một lời giải thích được đề xuất. Để trở thành một lý thuyết khoa học hợp lệ, lý thuyết phải được kiểm chứng. Nó nên đề xuất các thí nghiệm và dự đoán các câu trả lời sẽ chỉ ra một cách nếu lý thuyết đúng và một cách khác nếu không chính xác.

Trở lại trọng lực: Newton không thể nói lý do tại sao Định luật vạn vật hấp dẫn của ông hoạt động. Nó vừa làm. Dường như có một lực giữa tất cả các vật thể tỷ lệ thuận với tích của khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương của sự phân tách của chúng. Đó là lý do tại sao nó là một luật, không phải là một lý thuyết.

Năm 1915, Einstein đã xuất bản Lý thuyết tương đối rộng. Nó bao gồm một lời giải thích cho trọng lực.

Vì vậy, câu trả lời cho dù trọng lực là một định luật hay một lý thuyết phụ thuộc vào những gì bạn đang tìm kiếm. Một tuyên bố về lực rõ ràng giữa các vật thể có khối lượng, Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, là một định luật. Một giả thuyết về cách lực hấp dẫn hoạt động, vì lý do tại sao khối lượng dường như thu hút lẫn nhau ở khoảng cách xa, đi kèm trong Lý thuyết tương đối rộng của Einstein. Đó là lý thuyết hiện tại về trọng lực.

【#9】Tìm Hiểu Về Vật Hấp Dẫn Và Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn

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, cùng với chung tôi tìm 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

♦ 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:

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 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:

(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

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

Câu 1: Chọn phát biểu sai trong các phát biểu bên dưới khi nói về lực hấp dẫn giữa 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.

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

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.

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.

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

A. 1,0672.10-8 N.

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.

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.

A. 2F.

C. 8F.

D. 4F.

Đáp án: C. 8F.

A. 0,204.1021 N.

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:

B. 2,04.1021 N.

C. 22.1025 N.

D. 2.1027 N.

Đáp án: A. 0,204.1021 N.

A. 1 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.

B. 2,5 N.

C. 5 N.

D. 10 N.

Đáp án: B. 2,5 N.

A. 324,7 m.

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.

B. 640 m.

C. 649,4 m.

D. 325 m.

Đáp án: A. 324,7 m.

A. 56,5 lần.

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?

B. 54 lần.

C. 48 lần.

D. 32 lần.

Đáp án: B. 54 lần.

【#10】Bài 11. Lực Hấp Dẫn. Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn

11

LỰC HẤP DẪN. ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

1. Kiến thức

– Phát biểu được định luật vạn vật hấp dẫn và viết được công thức của lực hấp dẫn.

– Nêu được định nghĩa trọng tâm của một vật.

2. Kỹ năng

– Giải thích được một cách định tính sự rơi tự do và chuyển động của các hành tinh, vệ tinh bằng lực hấp dẫn.

– Vận dụng được công thức của lực hấp dẫn để giải các bài tập đơn giản như ở trong bài học.

Lực nào giữ cho Mặt Trăng chuyển động gần như tròn đều quanh Trái Đất? Lực nào giữ cho Trái Đất và Mặt Trăng chuyển động gần như tròn đều quanh Mặt Trời?

I – LỰC HẤP DẪN

Niu-tơn là người đầu tiên đã kết hợp được những kết quả quan sát thiên văn về chuyển động của các hành tinh với những kết quả nghiên cứu về sự rơi của các vật trên Trái Đất và do đó đã phát hiện ra rằng mọi vật trong Vũ trụ đều hút nhau với một lực, gọi là lực hấp dẫn (Hình 11.1).

Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng đã giữ cho Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất.

Lực hấp dẫn giữa Mặt Trời và các hành tinh đã giữ cho các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời.

Khác với lực đàn hồi và lực ma sát là lực tiếp xúc, lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa các vật.

1. Thả một vật nhỏ (cái hộp) rơi xuống đất. Lực gì đã làm cho vật rơi?

Hình 11.1. Hệ Mặt Trời

II – ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN (ĐLVVHD)

1. Định luật

Những đặc điểm của lực hấp dẫn đã được Niu-tơn nêu lên thành định luật sau đây, gọi là định luật vạn vật hấp dẫn:

Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích của các khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng (Hình 11.2).

Hình 11.2

2. Hệ thức

(11.1)

Trong đó:

G: hằng số hấp dẫn, bằng 6,67.10-11 ().

m 1, m 2: khối lượng của hai chất điểm (kg).

r: khoảng cách giữa hai chất điểm (m).

Hệ thức (11.l) áp dụng được cho các vật thông thường trong hai trường hợp:

a) Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng.

b) 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.

Bài tập ví dụ 1. Mặt Trăng và Trái Đất có khối lượng lần lượt là 7,4.1022 kg và 6.1024 kg, ở cách nhau 38400 km. Tính lực hấp dẫn? Giải:

r = 38400km = 38400000m = 384.10 5 m

Bài tập ví dụ 2. Cho biết khối lượng Trái đất là M = 6.1024 kg, khối lượng của một hòn đá là m = 2,3 kg, gia tốc rơi tự do là g = 9,81 m/s2. Hỏi hòn đá hút Trái đất với một lực bằng bao nhiêu? Giải:

Với vật có trọng lượng m= 2,3 kg thì Trái Đất tác dụng lên vật một trọng lực là :

P = m.g = 2,3.9,81 = 22,6 N.

Bài tập ví dụ 3. Theo định luật III Newton, hòn đá sẽ tác dụng lên Trái Đất một lực F = P = 22,6 N. Tìm khối lượng MT của mặt Trời từ các dự liệu của Trái Đất. Cho biết: Khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời R = 1,5.1011 (m); hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11 (N.m2/kg2). Giải:

Chu kỳ quay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời là:

T = 365 ´ 24 ´ 3600 = 3,15.10 7 s

Từ công thức :

Þ M T =

= =2.10 30 kg.

2 . Theo Newton thì trọng lực mà TĐ tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa TĐ và vật đó. Nếu vật ở độ cao h so với mặt đất thì công thức tính lực hấp dẫn giữa TĐ và vật được viết như thế nào? Suy ra gia tốc rơi tự do g = ? Nếu h << R thì g = ? Có nhận xét gì về gia tốc rơi tự do của các vật ở gần mặt đất?

III – TRỌNG LỰC LÀ TRƯỜNG HỢP RIÊNG CỦA LỰC HẤP DẪN

Theo Niu-tơn thì trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó.

(1)

Trong đó, m là khối lượng của vật, h là độ cao của vật so với mặt đất, M và R là khối lượng và bán kính của Trái Đất. Mặt khác ta lại có:

P = mg (2)

– Từ (1) và (2) Þ

(11.2)

là gia tốc rơi tự do của vật ở độ cao h so với mặt đất.

Nếu h << R (vật ở gần mặt đất) thì:

(11.3)

Các công thức (11.2) và (11.3) cho thấy, gia tốc rơi tự do phụ thuộc độ cao nếu độ cao h khá lớn và là như nhau đối với các vật ở gần mặt đất (h << R). Các hệ quả này hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm và là một bằng chứng về sự đúng đắn của định luật vạn vật hấp dẫn.

LỰC HẤP DẪN: Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn.

Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp đẫn giữa hai chất điểm bất kỳ tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Trong đó:

G: hằng số hấp dẫn, bằng 6,67.10-11( )

Câu 1. Phát biểu và viết biểu thức định luật vạn vật hấp dẫn?

Câu 2. Nêu định nghĩa trọng tâm của vật?

11.1. Một vật khối lượng 1 kg, ở trên mặt đất có trọng lượng 10 N. Khi chuyển động tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R (R là bán kính Trái Đất) thì nó có trọng lượng bằng bao nhiêu niu-tơn?

A. 1 N. C. 5 N.

B. 2,5 N. D. 10 N.

11.2. Hai xe tải giống nhau, mỗi xe có khối lượng 2,0.10 4 kg, ở cách xa nhau 40 m. Hỏi lực hấp dẫn giữa chúng bằng bao nhiêu phần trọng lượng P của mỗi xe? Lấy g= 9,8 m/s 2.

A. 34.10-10 P. C. 85.10-8 P.

B. 34.10-8 P. D. 85.10-12 P.

11.3. Một con tàu vũ trụ bay về hướng Mặt Trăng. Hỏi con tàu đó ở cách tâm Trái Đất bằng bao nhiêu lần bán kính Trái Đất thì lực hút của Trái Đất và của Mặt Trăng lên con tàu sẽ cân bằng nhau? Cho biết khoảng cách từ tâm Trái Đất đến tâm Mặt Trăng bằng 60 lần bán kính Trái Đất; khối lượng của Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng của Trái Đất 81 lần.

11.4. Tính gia tốc rơi tự do ở độ cao 3200 m và ở độ cao 3200 km so với mặt đất. Cho biết bán kính Trái Đất là 6400 km và gia tốc rơi tự do ở mặt đất là 9,80 m/s 2.

11.5. Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75 kg khi người đó ở

a) trên Trái Đất (g = 9,8 m/s 2).

b) trên Mặt Trăng (g = 1,7 m/s 2).

c) trên Kim tinh (g = 8,7 m/s 2).

d) trong khoảng không vũ trụ rất xa các thiên thể.

Chỉ khi đạt được tốc độ bay 7,9 km/s thì vệ tinh nhân tạo hay tàu vũ trụ mới không rơi trở lại mặt đất. Các con tàu lên mặt trăng cần có tốc độ 11,2 km/s, còn muốn bay tới các hành tinh khác tốc độ phải lớn hơn nữa. Làm thế nào để đạt tốc độ đó? Chỉ có tên lửa đẩy mới đảm đương nổi việc n ày.

Muốn làm cho một vật thể chuyển động với tốc độ 7,9 km/s để thoát khỏi sức hút của trái đất, đòi hỏi phải dùng một năng lượng lớn. Một vật nặng 1 g muốn thoát khỏi trái đất sẽ cần một năng lượng tương đương điện năng cần thiết để thắp sáng 1.500 bóng đèn điện 40 W trong 1 giờ.

Mặt khác, tên lửa bay được là nhờ vào việc chất khí phụt ra phía sau tạo nên một phản lực. Khí phụt ra càng nhanh, tên lửa bay càng chóng. Muốn đạt được tốc độ bay rất lớn, ngoài đòi hỏi phải có tốc độ phụt khí rất cao ra, còn phải mang theo rất nhiều nhiên liệu. Nếu tốc độ phụt khí là 4.000 m/s, để đạt được tốc độ thoát ly là 11,2 km/s thì tên lửa phải chứa một số nhiên liệu nặng gấp mấy lần trọng lượng bản thân.

Các nhà khoa học đã cố gắng giải quyết vấn đề này một cách thoả đáng. Làm sao để trong quá trình bay, cùng với sự tiêu hao nhiên liệu sẽ vứt bỏ được những bộ phận không cần thiết nữa, giảm nhẹ trọng lượng đang tiếp tục quá trình bay, nâng cao tốc độ bay. Đó chính là phương án sử dụng tên lửa nhiều tầng. Hiện nay phóng vệ tinh nhân tạo hoặc tàu vũ trụ vào không gian đều sử dụng loại tên lửa này.

Lợi về tốc độ, thiệt về nhiên liệu

Tên lửa nhiều tầng có ít nhất hai tên lửa trở lên, lắp liên tiếp nhau. Khi nhiên liệu ở tên lửa dưới cùng hết, nó tự động tách ra và tên lửa thứ hai lập tức được phát động. Khi tên lửa thứ hai dùng hết nhiên liệu, nó cũng tự động tách ra và tên lửa thứ ba tiếp đó được phát động… cứ như vậy sẽ làm cho vệ tinh hoặc tàu vũ trụ đặt ở tầng trên cùng đạt được tốc độ từ 7,9 km/s trở lên để bay quanh trái đất hoặc thoát khỏi trái đất.

Dùng tên lửa nhiều tầng tuy có thể giải quyết vấn đề bay trong vũ trụ nhưng tiêu hao nhiêu liệu rất lớn. Giả sử chúng ta dùng tên lửa 4 tầng để đưa tàu vào không gian, tốc độ phụt khí của mỗi tầng này là 2,5 km/s, tỷ lệ giữa trọng lượng nhiên liệu và vỏ là 4/1, như vậy muốn cho một con tàu nặng 30 kg ở tầng cuối đạt được tốc độ 12 km/s thì trọng lượng toàn bộ tên lửa và nhiên liệu khi bắt đầu phóng phải tới trên 1.000 tấn.

Ngày nay, các tàu không gian còn có thể được nâng lên bởi các tên lửa đẩy gắn ở bên sườn. Chẳng hạn thế hệ tàu Ariane 5.

(Theo 10 vạn câu hỏi vì sao)

Thí nghiệm Cavendisch – Phép cân T rái đất

Các nhà vật lý chơi trốn tìm

Khi tất cả các nhà Vật lý đã lên Thiên đàng, họ rủ nhau chơi trò “trốn tìm”. Không may vì “oẳn tù tì” thua nên Einstein phải làm người đi tìm.

Ông này bịt mắt và bắt đầu đếm từ 1 đến 100. Trong khi tất cả mọi người đều đi trốn thì chỉ có mình Newton ở lại. Newton vẽ 1 hình vuông mỗi chiều 1m ngay cạnh Einstein và đứng ở trong đó.

Einstein đếm đến 100 xong thì mở mắt ra và nhìn thấy Newton ngay trước mặt. Einstein lập tức reo lên: “Newton! Newton! đã tìm được Newton!”. Newton phản đối, ông ta tuyên bố rằng mình không phải Newton. Tất cả các nhà vật lý khác đều ra khỏi chỗ nấp và yêu cầu Newton chứng minh rằng ông không phải Newton. Làm sao đây ???!!!

Một lúc sau, Newton nói: “Tôi đang đứng trong 1 hình vuông diện tích 1m vuông. Điều đó có nghĩa tôi là một Newton trên 1 m vuông. Vì thế tôi là… Pascal.”