Tại sao quả táo lại rơi từ trên cây xuống đất? Tại sao xe đạp có thể đi xuống dốc mà không cần đạp? Câu trả lời chung cho những hiện tượng này chính là sự tác động của trọng lực. Vậy trọng lực là gì, trọng lực có những đặc điểm gì? Hãy cùng nhau tìm hiểu về loại lực này thông qua bài viết sau nhé.
Tóm tắt
Định nghĩa của trọng lực là gì?
Trong vật lý, trọng lực được định nghĩa là lực mà Trái Đất tác dụng lên vật có khối lượng. Lực này hút các vật theo chiều hướng vào tâm Trái Đất, vì thế nó còn được gọi là lực hấp dẫn.
Lực hút của trái đất làm cho các vật ở gần rơi về phía mặt đất. Lực hấp dẫn là lý do tồn tại của các thiên hà như hệ mặt trời; nếu không có lực hấp dẫn, các thiên thể sẽ không thể hút nhau để tạo thành một hệ thiên thể.
Lực hấp dẫn hay trọng lực cũng giữ cho Trái đất và các thiên thể khác ở trong quỹ đạo riêng của chúng xung quanh Mặt trời. Nó cũng là lực giúp Mặt trăng quay xung quanh Trái đất, đồng thời tạo ra thủy triều và nhiều hiện tượng tự nhiên khác mà chúng ta quan sát được.
Điểm tác dụng của trọng lực là gì?
Tất cả các bộ phận của một vật thể đều chịu tác dụng của trọng lực. Tuy nhiên, theo quan điểm vật lý, điểm tác dụng của trọng lực là một điểm chính giữa của vật, gọi là trọng tâm.
Vị trí của trọng tâm liên quan đến dạng hình học và sự phân bố khối lượng của vật thể.
- Trọng tâm của một vật có hình dạng đều đặn và khối lượng phân bố đều nằm ở tâm hình học của nó, chẳng hạn trọng tâm của một tấm hình vuông là giao điểm của hai đường chéo.
- Đối với các vật thể có sự phân bố khối lượng không đều, vị trí của trọng tâm không chỉ liên quan đến hình dạng của vật thể mà còn liên quan đến sự phân bố khối lượng trong vật thể. Ví dụ trọng tâm của xe tải thay đổi theo độ lớn và vị trí của nó, trọng tâm của cần trục thay đổi theo trọng lượng và chiều cao của vật được nâng.
Vị trí của trọng tâm có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật. Ví dụ, khi cần trục làm việc, nếu trọng tâm không đúng vị trí thì rất dễ bị lật, nếu trọng tâm của bánh xe quay tốc độ cao không nằm trên trục quay sẽ gây ra hiện tượng rung lắc, trật bánh…
Trọng lực có phương và chiều như thế nào?
Trọng lực là một lực hút về phía tâm Trái Đất. Do đó, xét hệ quy chiếu trên bề mặt Trái Đất, trọng lực tác dụng vào một vật sẽ có:
- Phương thẳng đứng
- Chiều từ trên xuống dưới
Trọng lực có kí hiệu, công thức là gì?
Trọng lực thường được kí hiệu trong vật lý là P. Công thức để tính toán trọng lực của một vật là:
P=mg
Trong đó m là kí hiệu trọng lượng của vật (đơn vị kg), g là kí hiệu gia tốc trọng trường (đơn vị m/s2).
Đơn vị của trọng lực cũng giống như các lực khác, là đơn vị Newton (kí hiệu là N).
Qua công thức trên, chúng ta có thể rút ra kết luận: Trọng lực tác dụng lên vật tại cùng một điểm trên mặt đất tỉ lệ thuận với khối lượng m của vật. Tương tự, khi m không đổi, độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật tỉ lệ thuận với gia tốc trọng trường g.
Tìm hiểu về gia tốc trọng trường của vật
Gia tốc trọng trường (ký hiệu là g) là một khái niệm dùng trong vật lý để chỉ cường độ của trường hấp dẫn. Nó được biểu thị bằng mét trên giây bình phương (m/s2 ). Ở bề mặt trái đất, gia tốc trọng trường là khoảng 9,8 m/s2.
Gia tốc trọng trường có mối quan hệ chặt chẽ với hệ quy chiếu, vì vậy việc chọn hệ quy chiếu thích hợp là mấu chốt trong việc nghiên cứu về trọng lực của vật. Nếu không chọn đúng hệ quy chiếu, đôi khi sẽ xuất hiện những kết luận sai. Điều này rất khác với các lực thực tế như lực hấp dẫn, lực đàn hồi và lực ma sát. Độ lớn và hướng của các lực này không liên quan trực tiếp đến gia tốc của vật nên việc chọn hệ quy chiếu không ảnh hưởng đến việc tính toán, nghiên cứu về lực.
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là gì?
Sau khi tìm hiểu khái niệm trọng lực là gì, chúng ta sẽ đi tìm hiểu về định luật liên quan mật thiết đến nó, định luật vạn vật hấp dẫn. Định luật này được Newton nghiên cứu và phát minh ra nhờ vào việc tìm ra trọng lực.
Định luật vạn vật hấp dẫn được phát biểu là: lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng, đồng thời tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Mọi vật thể hiện diện trong vũ trụ đều có xu hướng hút các vật thể khác. Phương trình cho lực hấp dẫn Newton được đưa ra là:
Xem thêm:
G đề cập đến hằng số hấp dẫn, bằng 6,67×10-11 Nm2/kg.s2
Fg là lực hấp dẫn giữa các khối lượng m1 và m2.
Phương trình cho ở trên còn được gọi là phương trình lực hấp dẫn giữa hai vật.
Bài viết đã trả lời cho câu hỏi trọng lực là gì và giới thiệu những khái niệm liên quan đến trọng lực. Trọng lực là một lực tự nhiên quan trọng trong nghiên cứu khoa học, trong sự vận động và phát triển của mọi sự vật trong vũ trụ này. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết, bạn đã có thêm những kiến thức bổ ích về trọng lực.
