Lý 10 Bài 11: Lực hấp dẫn và Định luật vạn vật hấp dẫn

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Lực hấp dẫn.

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

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

•   Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa các vật

a) 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.

b) Hệ thức: \({F_{hd}} = G\frac{{{m_1}.{m_2}}}{{{r^2}}}\)   (1)

G = 6,67Nm/kg2 là hằng số hấp dẫn.

 - Hệ thức (1) 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 r là khoảng cách giữa hai tâm và lực hấp dẫn nằm trên đường nối tâm. 

• Trọng lực tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó.

• Trọng lực đặt vào một điểm đặc biệt của vật, gọi là trọng tâm của vật.

• Độ lớn của trọng lực: \(P = G\frac{{m.M}}{{{{\left( {R + h} \right)}^2}}}\)

• Gia tốc rơi tự do :   \(g = \frac{{GM}}{{{{\left( {R + h} \right)}^2}}}\)

• Nếu ở gần mặt đất (h << R): \(P = G\frac{{m.M}}{{{R^2}}}\) ,  \(g = \frac{{GM}}{{{R^2}}}\)

• Từ các công thức trên 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.

Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75kg khi người đó ở trên Trái Đất (lấy g = 9,8 m/s²)

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức : P = mg; m = 75kg.

Trọng lượng của nhà du hành vũ trụ khi người đó ở trên Trái Đất: P = 75.9,8 = 735 N.

Hai tàu thủy, mỗi chiếc có khối lượng 50 000 tấn ở cách nhau 1 km. lấy g = 10 m/s². So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một cái cân có khối lượng của một quả cân có khối lượng 20g.

A. Lớn hơn

B. Bằng nhau

C. Nhỏ hơn

D. Chưa thể biết.

Hướng dẫn giải:

Lực hấp dẫn giữa hai tàu thuỷ: 

F_hd = Gm₁m_2/r₂ = 6,67.10⁻¹¹.(50000.103)²/(1000)² = 0,16675 N

Trọng lượng của 1 quả cân có khối lượng 20g:

P = mg = 20.10⁻³.10 = 0,2 N

=> P > F_hd 

=> Đáp án C.

Câu 1: Tại sao gia tốc rơi tự do và trọng lượng của vật càng lên cao lại càng giảm?

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

Câu 3: Trái Đất hút Mặt Trăng với một lực bằng bao nhiêu? Cho biết khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất là R = 38. 10⁷m, khối lượng của Mặt Trăng m = 7,37.10²² kg, khối lượng của Trái Đất M = 6,0.10²⁴kg.

Câu 4: Phát biểu định luật vạn vật hấp dẫn và viết hệ thức của lực hấp dẫn? 

Câu 1: Khi nói về lực hấp dẫn giữa hai chất điểm, phát biểu nào sau đây sai?

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.

Câu 2: Một vật có khối lượng m đặt ở nơi có gia tốc trọng trường g. Phát biểu nào sau đây sai?

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.

Câu 3: Hai quả cầu đồng chất có khối lượng 20 kg, bán kính 10 cm, khoảng cách giữa chia tâm của chúng là 50 cm. Biết rằng số hấp dẫn là G = 6,67.10-11N.m2/kg². Độ lớn lực tương tác hấp dẫn giữa chúng là

A. 1,0672.10^-8 N.

B. 1,0672.10^-6 N.

C. 1,0672.10^-7 N.

D. 1,0672.10^-5 N.

Câu 4: Một viên đá đang nằm yên trên mặt đất, lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng vào hòn đá có giá trị

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.

Qua bài giảng Lực hấp dẫn và Định luật vạn vật hấp dẫn này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như:

• 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.

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