Tại sao chúng ta có thể đứng trên mặt đất mà không bay ra ngoài vũ trụ, tại sao mọi thứ đều rơi xuống mà không bay lên trời? Lực hấp dẫn dường như đơn giản nhưng lại ẩn sau đó những tác động to lớn đối với mọi vật thể trên Trái Đất và thậm chí là cả vũ trụ. Hãy cùng nhau khám phá bí ẩn của lực hấp dẫn và tìm hiểu về vai trò quyết định của nó trong thế giới chúng ta ngay tại bài viết dưới đây.
Tìm hiểu thêm về lực hấp dẫn tại bài viết sau đây
1. Lực hấp dẫn là gì?
Lực hấp dẫn là một loại lực tác động từ xa, tồn tại trong khoảng không gian giữa hai hoặc nhiều vật. Trong vật lý học, lực hấp dẫn được định nghĩa là lực hút giữa các vật thể, có độ lớn tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng. Một vật thể có khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn của nó được tạo ra càng mạnh.
Lực hấp dẫn luôn hiện hữu trong cuộc sống của chúng ta, cụ thể, các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng lực hấp dẫn của trái đất tác dụng lên mọi vật thể có khối lượng. Đó là lý do vì sao dù trái đất đang quay thì con người và mọi vật vẫn có thể đứng dễ dàng trên bề mặt trái đất mà không bị ảnh hưởng.
Trong thiên văn học hay các hiện tượng tự nhiên ta có thể dễ dàng nhận thấy ảnh hưởng to lớn của lực hấp dẫn, ví dụ như:
- Lực hấp dẫn của Mặt Trời là yếu tố làm các hành tinh khác quay quanh Mặt trời.
- Nhờ có lực hấp dẫn mà các vật chất có thể gắn kết với nhau để hình thành nên Trái Đất, Mặt Trời hay các thiên thể khác trong vũ trụ.
- Lực hấp dẫn còn có tác dụng giữ Mặt Trăng trên quỹ đạo quay quanh Trái Đất.
- Sự hình thành thủy triều và sự xuất hiện của các hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được cũng là kết quả của lực hấp dẫn.
Lựa hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên Mặt Trăng
Vậy nếu không có lực hấp dẫn thì sao? Khi đó sẽ xảy ra hiện tượng không trọng lực, chính là tình trạng mà con người và mọi vật sẽ bay vô định trong không gian. Ta có thể hình dung hiện tượng không trọng lượng xảy ra khi các nhà du hành di chuyển ra khỏi Trái Đất và đi tới các hành tinh khác.
>>> Trong cơ điện hay xây dựng, việc hiểu rõ về tác dụng của lực hấp dẫn lên các hệ thống là lưu ý quan trọng để các nhà thầu lựa chọn loại vật tư và có phương án thi công hiệu quả, chắc chắn.
Ví dụ với hệ thống kết cấu nhà xưởng được làm từ các loại thép hình, phần mái có khối lượng rất lớn nên lực hấp dẫn tác động lên chúng cũng tỷ lệ thuận, để đảm bảo hệ thống chắc chắn và ổn định, phần thân chống đến chân cột cần phải đảm bảo thi công bằng loại thép hình có kích thước lớn và có khả năng chịu lực tốt hơn để cân bằng với lực hấp dẫn của Trái Đất.
2. Ai là người phát hiện ra lực hấp dẫn?
Năm 1666, Isaac Newton - một nhà khoa học nổi tiếng người Anh, đang nghiên cứu về luật vạn vật và chuyển động. Một ngày, khi ông đang ngồi dưới cây táo trong khu vườn, một quả táo đột nhiên rơi xuống và đập vào đầu ông.
Cảm giác đau đớn từ cú va làm cho Newton bắt đầu nghi vấn, tại sao quả táo rơi xuống thẳng đứng mà không đi theo hướng ngang hay ngược lên trời, điều này đã đưa ông đến suy luận rằng có một lực nào đó tác động giữa trái đất và các vật thể.
Isaac Newton và phát hiện vĩ đại cho nhân loại
Câu chuyện này đã trở thành một biểu tượng cho sự phát hiện khoa học và đã giúp Newton phát triển định luật về lực hấp dẫn, một trong những phát kiến quan trọng nhất trong lịch sử khoa học.
Và đến đầu thế kỉ XX, năm 1915, nhà khoa học Einstein đã đưa ra thuyết tương đối rộng, ông cho rằng lực hấp dẫn thực tế không phải là một lực, mà nó là một hiệu ứng biến dạng không thời gian do sự có mặt của khối lượng. Phạm vi của sự biến dạng đó là trường hấp dẫn tồn tại trong cả vũ trụ chứ không chỉ riêng trên Trái Đất.
Albert Einstein và sự khám phá rộng lớn hơn về lực hấp dẫn
Hành trình từ quả táo của Isaac Newton đến những nghiên cứu của Einstein là một cuộc phiêu lưu tri thức, đã làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta nhìn nhận về vũ trụ và lực hấp dẫn.
>>> Xem thêm: Cách tính trọng lượng các loại thép hình H,U,I,V
3. Đặc điểm của lực hấp dẫn
Nguyên nhân hình thành:
Khi một vật thể chịu tác động của ngoại lực, nó sẽ bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển động ban đầu. Xét trong hệ quy chiếu quán tính, các vật sẽ di chuyển tự do với vận tốc không thay đổi, quỹ đạo của chúng khi ấy sẽ hình thành các đường trắc địa hay còn gọi là độ cong của không gian thời gian. Và khi hai vật thể cùng chịu tác động, chúng sẽ sinh ra một lực hút được gọi là lực hấp dẫn.
Đặc điểm của lực hấp dẫn:
- Lực hấp dẫn là một lực hút tồn tại trong vũ trụ
- Điểm đặt của lực là ở vị trí trọng tâm của vật thể hay còn gọi là chất điểm
- Phương của lực là một đường thẳng đi qua tâm của hai vật thể
- Độ mạnh của lực hấp dẫn tỉ lệ thuận với khối lượng của hai vật thể, nhưng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng
Lực hấp dẫn là một lực hút tồn tại trong vũ trụ
4. Định luật vạn vật hấp dẫn
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton thường được phát biểu rằng mọi hạt đều hút mọi hạt khác trong vũ trụ với một lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các tâm của chúng.
Có một lưu ý rằng: Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng trong trường hợp khoảng cách giữa 2 vật là rất lớn so với kích thước của chúng hoặc khi chúng đồng chất và có dạng hình cầu.
Để biểu diễn định luật vạn vật hấp dẫn, ta dùng hệ thức:
Trong đó:
- F1, F2: Là lực hấp dẫn của hai vật thể (N)
- m1, m2: là khối lượng của hai vật thể
- r: là khoảng cách giữa tâm hai vật thể
- Hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11Nm2/kg2
5. Lực hấp dẫn của Trái Đất - Trọng lực
Trọng lực là một lực hấp dẫn mà Trái Đất hoặc một vật thể có khối lượng tác động lên các vật thể khác gần mặt đất. Theo đó, trọng lực giữa Trái Đất và một vật thể làm cho vật thể rơi về phía Trái Đất thay vì bay sang ngang hoặc hướng lên trời.
Trọng lực có điểm đặt tại trọng tâm của một vật có khối lượng m được thả rơi ở độ cao h so với mặt đất. Khi đó, có một trọng lượng P tác dụng lên vật.
Được xác định độ lớn bằng công thức:
Trong đó:
- P: Là trọng lực
- m: Khối lượng của vật (kg)
- M và R: Tương ứng với khối lượng và bán kính của Trái Đất
- h: Độ cao được tính từ vật đến mặt đất (m)
- G: Hằng số hấp dẫn = 6,67.10-11Nm2/kg2
Ta có P = m.g nên gia tốc rơi tự do được xác định như sau: g = (G.M)/(R+h)2
Lưu ý: Nếu vật được đặt ở gần mặt đất (h << R) thì ta có công thức: g = (G.M)/R2
Ví dụ với một thanh thép hình V nặng 30kg, gia tốc trọng trường là 9.8 m/s^2, ta có công thức tính trọng lực như sau: P = 30 * 9.8 = 294 kg.m/s^2
Vậy trọng lực tác động lên thanh thép hình có giá trị là 294 kg.m/s^2
Như vậy chúng ta có thể hiểu rằng lực hấp dẫn không chỉ là một khái niệm vật lý trừu tượng mà còn là nguyên nhân đằng sau mọi sự vận động và tương tác trong vũ trụ. Sự phát hiện của Issac Newton là một bước tiến quan trọng, giúp chúng ta lý giải và dự đoán rất nhiều hiện tượng tự nhiên và thiên văn quan trọng.
>> Thép hình Thịnh Phát được sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng hàng đầu, chế tạo từ thép có cơ tính tốt, đủ trọng lượng, kết cấu chắc chắn, chịu tải trọng tốt. Nếu bạn đang tìm kiếm một đơn vị uy tín gia công thép hình tại Hà Nội, Tp.Hồ Chí Minh hay các tỉnh thành khác trên toàn quốc, đừng ngại liên hệ với đội ngũ Thịnh Phát để được hỗ trợ!
CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI VÀ ĐẦU TƯ XÂY DỰNG THỊNH PHÁT
Sản xuất vật tư phụ trợ cơ điện và xây dựng từ năm 2005
Trụ sở chính & Nhà máy 1: Lô 5, Yên Phúc, CCN Biên Giang, Phường Biên Giang, Quận Hà Đông, TP. Hà Nội
Nhà máy 2: Lô CN 3-1, CCN Yên Dương, Ý Yên, Nam Định
CN phía Nam: 300B/2, đường ĐT 743, khu phố 1B, P.An Phú, TP.Thuận An, Bình Dương
Hotline: 0936 014 066
Email: info@thinhphatict.com
