Trọng lực là gì? Công thức tính, phương và chiều của trọng lực?

1. Trọng lực là gì?

Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên vât. Cường độ của trọng lực tác dụng lên một vật là trọng lượng của vật đó.

Ta có 2 ví dụ sau để hiểu rõ hơn về trọng lực:

– Ví dụ thứ nhất:  Treo quả nặng vào 1 lò xo. Ta quan sát thấy lò xo bị kéo dãn ra. Lý do gây ra biến dạng đó vì lực hút của trái đất đã tác dụng lực lên quả nặng.

– Ví dụ thứ hai: Thả một quả bất kì trên tay ở độ cao 1m, quả đó sẽ chuyển động rơi xuống đất. Do quả đó cũng chịu tác dụng của lực hút Trái Đất.

2. Công thức tính phương và chiều của trọng lực:

Trọng lực có phương thẳng đứng và có chiều hướng về phía Trái Đất (từ trên xuống dưới).

Ta có công thức tính trọng lực như sau:

P = mg.

Trong đó:

– m: là khối lượng của vật (đơn vị kg).

– g: là gia tốc của vật (đơn vị m/s2).

– P: là trọng lực ( đơn vị là Newton hay ký hiệu là N).

–  Gia tốc được tính theo đơn vị mét (m), gia tốc trọng trường trên bề mặt trái đất là 9.8m/s2. Mét trở thành đơn vị quy chuẩn và được sử dụng phổ biến.

Để xác định được khối lượng của vật thì chúng ta cần biết được giá trị của khối lượng đó. Khối lượng là lượng chất có trong vật thể, đơn vị là kilogam(Kg).

Gia tốc trọng trường của một vật sẽ được xác định như sau: Trên bề mặt Trái Đất, gia tốc g bằng 9,8m/s2. Tùy vào từng vị trí trên Trái Đất mà gia tốc của trọng lực có sự thay đổi. Gia tốc trọng trường trên mặt trăng khác với gia tốc trọng trường của Trái Đất. Gia tốc gây ra bởi trọng lực trên mặt trăng có giá trị khoảng 1,622 m/s2, khoảng 1/6  giá trị tương đương trên trái đất. Do đó, lý giải được vì sao trọng lượng trên mặt trăng chỉ bằng 1/6 trọng lượng trên trái đất. Ngược lại, gia tốc trên mặt trời cũng khác với gia tốc trọng trường của mặt trăng và Trái Đất. Trên mặt trời, gia tốc gây ra bởi trọng lực có giá trị 270,0 m/s2, gấp khoảng 28 lần trái đất. Vì thế, bạn sẽ nặng hơn 28 lần so với trọng lượng thực tế của mình nếu bạn sinh tồn được trên mặt trời.

3. Đặc điểm của trọng lực:

– Trọng lực được xác định bằng cách tính khối lượng của vật và gia tốc tự do tại vị trí đặt vật đó. Hướng của trọng lực sẽ theo phương thẳng đứng và chiều từ hướng về phía trái đất.

– Trọng lượng của một vật là độ lớn của lực hút Trái Đất lên vật đó. Do đó, trọng lượng phụ thuộc vào vị trí của vật đí lên Trái Đất. Một vật lên càng cao thì trọng lượng của nó sẽ càng giảm.

– Cầm một vật nào đó trên tay, nếu bạn buông tay ra thì vật đó sẽ rơi xuống. Vật rơi xuống là do có trọng lực tác dụng lên vật. Điều đó có nghĩa là trọng lực đã sinh công. Công của trọng lực có đặc điểm: không phụ thuộc dạng đường đi, phụ thuộc vào trọng lực và hiệu độ cao 2 đầu quỹ đạo.

– Lực thế là lực mà công của nó không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối quỹ đạo. Lực thế còn gọi là lực bảo toàn.

4. So sánh giữa trọng lực và trọng lượng:

Trọng lượng là lực hút của trái đất tác dụng lên mọi vật để hút vật đó về hướng của Trái Đất. Còn trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên một vật

– Giống nhau: Cả trọng lực và trọng lượng đều hình thành bởi lực hút của Trái Đất.

– Khác nhau:

+ Trọng lực: Là lực hấp dẫn, lực hút của Trái Đất tác dụng lên một vật thể bất kỳ nào đó.

+ Trọng lượng: Là lực hút Trái Đất tác động lên vật thể đó hoặc là độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật.

5. Vai trò của trọng lực đối với Trái Đất:

Nhờ có trọng lực, chúng ta mới có thể tồn tại trên Trái Đất này, nếu không còn lực hút nữa, bất kể một vật nào không được gắn liền với mặt đất sẽ bị bay ra khỏi Trái Đất và bay vào không gian.

Bầu khí quyển và tất cả nước trên trái đất bao gồm đại dương, biển, sông, hồ… được giữ nguyên nhờ trọng lực trong trái đất, nếu mất đi trọng lực bầu khí quyển sẽ nhanh chóng trôi vào không gian. Cũng có nghĩa chúng ta không còn không khí để thở. Điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến toàn bộ sự sống trên hành tinh. Bản thân Trái Đất và mặt trời sẽ gặp điều tương tự, không có lực hấp dẫn giữ lại, áp suất cực lớn trong lõi của mặt trời sẽ gây ra một vụ nổ khổng lồ trong vũ trụ.

6. Một số bài tập về trọng lực:

Bài 1: Một chiếc tàu thùy nổi được trên mặt nước là nhờ có những lực nào tác dụng vào nó?

A. Chỉ nhờ trọng lực do Trái Đất hút xuống phía dưới.

B. Chỉ nhờ lực nâng của nước đẩy lên.

C. Nhờ trọng lực do Trái Đất hút xuống và lực nâng của nước đẩy lên cân bằng nhau.

D. Nhờ lực hút của Trái Đất, lực nâng của nước và lực đẩy của chân vịt phía sau tàu.

Đáp án: C. Nhờ trọng lực do Trái Đất hút xuống và lực nâng của nước đẩy lên cân bằng nhau.

Bài 2: Nếu so sánh một quả cân 1 kg và một tập giấy 1 kg thì:

A. Tập giấy có khối lượng lớn hơn.

B. Quả cân có trọng lượng lớn hơn.

C. Quả cân và tập giấy có trọng lượng bằng nhau.

D. Quả cân và thể tích bằng nhau.

Đáp án: C. Khi so sánh giữa hai đồ vật có khối lượng bằng nhau thì trọng lượng của hai vật đó cũng bằng nhau, nên trong trường hợp này cả giấy và quả cân đều có khối lượng 1kg nên cả hai đều có trọng lượng bằng nhau.

Bài 3: Trọng lực có:

A. Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

B. Phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

C. Phương ngang, chiều từ trái sang phải.

D. Phương ngang, chiều từ phải sang trái.

Đáp án: A. Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

Bài 4: Trường hợp nào sau đây là ví dụ về trọng lực có thể làm cho một vật đang đứng yên phải chuyển động?

A. Một vật được thả thì rơi xuống.

B. Một vật được tay kéo trượt trên mặt bằng nằm ngang.

C. Quả bóng được đá thì lăn trên sàn.

D. Một vật được ném thì bay lên cao.

Đáp án: A. Khi thả rơi tự do một vật, dưới tác dụng của trong lực vật sẽ rơi thẳng đứng xuống dưới.

Bài 5:  Khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng Trái Đất 81 lần, khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng gấp 60 lần bán kính Trái Đất. Lực hút của Trái Đất và của Mặt Trăng tác dụng vào cùng một vật bằng nhau tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm của chúng?

Giải:

Gọi khối lượng Mặt Trăng là M => khối lượng Trái Đất là 81 M

Bán kính Trái Đất là R thì khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là 60 R

Gọi h là khoảng cách điểm cần tìm đến tâm Trái Đất => khoảng cách từ điểm đó đến tâm Mặt Trăng là 60R – h (R, h > 0)

Theo bài ra: lực hút của Trái Đất tác dụng vào vật đó cân bằng với lực hút từ Mặt trăng tác dụng vào vật

GMm/h² = GMm/(60R – h)² => h = 54R.

Bài 6: Cho gia tốc trọng trường trên mặt đất là 9,8 m/s², tính gia tốc trọng trường trên sao Hỏa. Biết khối lượng sao hỏa bằng 10% khối lượng trái đất và bán kính sao hỏa bằng 0,53 bán kính trái đất.

Giải:

M_H = 0,1 M_D ; R_H = 0,53 R_D; g = 9,8 m/s²

g_H = GM_H/R²_H = 0,1/0,53² = 3,5 m/s².

Bài 7: Bán kính trái đất là 6370km, gia tốc trọng trường ở chân núi là 9,810 m/s², gia tốc trọng trường ở đỉnh núi là 9,809 m/s². Tìm độ cao của đỉnh núi.

Giải:

Ta có:

R = 6370km; g_o = 9,809 m/s²; g_h = 9,810 m/s².

Độ cao của đỉnh núi là:

G_h = (R/R + h)² g_o => h = 0,32 (km).