Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, Lực hấp dẫn, Ứng dụng và bài tập - Vật lý 10 bài 11

Vậy Lực hấp dẫn có đặc điểm gì được phát biểu và tính theo công thức nào? Sự ra đời của định luật vạn vật hấp dẫn như thế nào? Ứng dụng của định luật vạn vật hấp dẫn là gì? chúng ta hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. LỰC HẤP DẪN

- Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn.

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

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

II. ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

1. Định luật vạn vật hấp dẫn

- Phát biểu định luật: 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.

Lực hấp dẫn giữa hai vật m1 và m2

2. Công thức tính lực hấp dẫn

• Lực hấp dẫn được tính theo hệ thức sau: 

• Trong đó:

 m₁, m₂ là khối lượng của hai chất điểm

 r là khoảng cách giữa 2 tâm của chúng (lực hấp dẫn nằm trên đường nối tâm). 

 G là hệ số tỉ lệ hay là hằng số hấp dẫn và G = 6,67.10^-31 (N.m²/kg²)

• Hệ thức trên áp dụng được cho các vật thông thường trong hai trường hợp:

- Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng;

- Các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Khi ấy rr là khoảng cách giữa hai tâm và lực hấp dẫn

III. TRỌNG LỰC VÀ TRƯỜNG HỢP RIÊNG CỦA LỰC HẤP DẪN

- Trọng lực của một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó.

- Trọng tâm của vật là điểm đặt của trọng lực của vật.

- Độ lớn của trọng lực P và gia tốc rơi tự do g được tính theo công thức sau:

- Nếu vật ở gần mặt đất thì h nhỏ hơn R rất nhiều (h<<R), khi đó: g = GM/R².

IV. Bài tập vận dụng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton

* Bài 1 trang 69 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định luật vạn vật hấp dẫn và viết hệ thức của lực hấp dẫn.

º Lời giải bài 1 trang 69 SGK Vật Lý 10:

- Định luật vạn vật hấp dấn: Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khổi lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

- Lực hấp dẫn được tính theo hệ thức sau: 

- Trong đó:

 m₁, m₂ là khối lượng của hai chất điểm

 r là khoảng cách giữa 2 tâm của chúng (lực hấp dẫn nằm trên đường nối tâm). 

 G là hệ số tỉ lệ hay là hằng số hấp dẫn và G = 6,67.10^-31 (N.m²/kg²)

* Bài 2 trang 69 SGK Vật Lý 10: Nêu định nghĩa trọng tâm của vật.

º Lời giải bài 2 trang 69 SGK Vật Lý 10:

- Trọng tâm của một vật là điểm đặt của trọng lực của vật đó.

* Bài 3 trang 69 SGK Vật Lý 10: Tại sao gia tốc rơi tự do và trọng lượng của vật càng lên cao thì càng giảm.

º Lời giải bài 3 trang 69 SGK Vật Lý 10:

- Công thức gia tốc rơi tự do: 

- Từ công thức trên ra thấy h tỉ lệ nghịch với g nên càng lên cao (h tăng) thì g càng giảm.

- Trọng lượng của vật:

- Từ công thức trên ra thấy h tỉ lệ nghịch với P nên càng lên cao (h tăng) thì P càng giảm.

* Bài 4 trang 69 SGK Vật Lý 10: Một vật khối lượng 1kg, ở trên mặt đất có trọng lượng 10N. Khi chuyển vật tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R (R là bán kính Trái Đất) thì nó có trọng lượng bằng bao nhiêu?

A. 1N    B. 2,5N   C. 5N   D. 10N

º Lời giải bài 4 trang 69 SGK Vật Lý 10:

- Chọn đáp án: B. 2,5(N)

- Áp dụng công thức:  (h là khoảng cách từ vật tới đất)

- Tại mặt đất h = 0, ta có: 

- Tại độ cao h = R, ta có: 

- Lập tỉ lệ: 

* Bài 5 trang 69 SGK Vật Lý 10: Hai tàu thủy, mỗi chiếc có khối lượng 50000 tấn ở cách nhau 1 km. Lấy g=10 m/s². So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một quả cân có khối lượng 20 g.

A. Lớn hơn     B. Bằng nhau     C. Nhỏ hơn     D. Chưa thể biết

º Lời giải bài 5 trang 69 SGK Vật Lý 10:

- Chọn đáp án: C. Nhỏ hơn

- Lực hấp dẫn giữa 2 chiếc tàu thủy:

- Trọng lượng của quả cân là: P = mg = 20.10^-3.10=0,2(N).

⇒ P > F_hd

* Bài 6 trang 70 SGK Vật Lý 10: Trái Đất hút Mặt Trăng với một lực bằng bao nhiêu? Cho biết khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất là R = 38.107 m, khối lượng của Mặt Trăng m = 7,37.1022 kg, khối lượng của Trái Đất M = 6,0.1024 kg. Kích thước của Trái Đất và Mặt Trăng là rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.

º Lời giải bài 6 trang 70 SGK Vật Lý 10:

- Áp dụng công thức ta có:

* Bài 7 trang 70 SGK Vật Lý 10: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75 kg khi người đó ở

a) trên Trái Đất (lấy g = 9,80 m/s²)

b) trên Mặt Trăng (lấy g_mt = 1,70 m/s²)

c) trên Kim Tinh (lấy g_kt = 8,7 m/s²).

º Lời giải bài 7 trang 70 SGK Vật Lý 10:

a) Trọng lượng của nhà du hành ở trên Trái Đất là:

 P = m.g = 75.9,8 = 735 (N)

b) Trọng lượng của nhà du hành ở trên Mặt Trăng là:

 P_mt = m.g_mt = 75.1,70 = 127,5 (N)

c) Trọng lượng của nhà du hành ở trên sao Kim Tinh là:

 P_kt = m.g_kt = 75.8,7 = 652,5 (N)