Bài 1. Lực hấp dẫn và trường hấp dẫn - Chuyên đề học tập Lí 11 Cánh diều

KĐ

Sống trên Trái Đất, chúng ta được trải nghiệm tác dụng của lực háp dẫn hằng ngày. Các vận động viên nhảy dù khi nhảy khỏi máy bay cũng chịu tác dụng bởi lực hút và rơi xuống mặt đất. Bạn có bao giờ tự hỏi, làm thế nào để những con tàu vũ trụ "chống lại" lực hút này của Trái Đất mà bay vào không gian (Hình 1.1)?

Lời giải chi tiết:

Chúng ta phải cung cấp một lượng lớn lực và 1 vận tốc lớn để có thể phóng được con tàu vũ trụ vào không gian.

CH 1

Vì sao cùng chịu lực hút Trái Đất, quả táo rơi xuống mặt đất nhưng Mặt Trăng thì không?

Lời giải chi tiết:

Vì Mặt Trăng rất lớn, lực hút của Trái Đất không đủ để làm rơi Mặt Trăng xuống mà chỉ có thể làm cho Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất.

CH 2

Vì sao ta không cảm nhận thấy lực hấp dẫn giữa các vật xung quanh trong cuộc sống hằng ngày?

Lời giải chi tiết:

Vì lực hấp dẫn giữa các vật với chúng ta là quá nhỏ so với trọng lực của Trái Đất tác dụng lên chúng ta nên ta không thể cảm nhận được những lực này.

LT

Cho biết khối lượng của Trái Đất và Mặt Trăng lần lượt là 5,97.10²⁴ kg và 7,37.10²² kg. Khoảng cách giữa chúng là 384400 km.Tính lực hấp dẫn giữa chúng.

Lời giải chi tiết:

Lực hấp dẫn giữa chúng là:

\(F = G\frac{{{M_{TD}}{M_{MT}}}}{{{r^2}}} = 6,{67.10^{ - 11}}.\frac{{5,{{97.10}^{24}}.7,{{37.10}^{22}}}}{{{{({{384400.10}^3})}^2}}} = 1,{986.10^{20}}N\)

CH

Ngoài trường hấp dẫn, bạn đã học về trường nào khác? Nhắc lại tính chất của trường này?

Lời giải chi tiết:

Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của từ trường tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó

Điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó.

LT

Lấy ví dụ các hiện tượng trong cuộc sống hằng ngày cho thấy bạn đang sống trong trường hấp dẫn của Trái Đất.

Lời giải chi tiết:

Một số ví dụ chứng tỏ tồn tại lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên các vật: viên phấn, hòn đá,... khi được thả ra đều rơi xuống mặt đất; Mặt trăng chuyển động quanh Trái Đất,...

CH 1

a) Các mũi tên trên đường sức cho biết điều gì?

b) Mật độ các đường sức ở các vùng khác nhau cho biết điều gì?

c) Vì sao nói: Trường hấp dẫn của Trái đất là trường xuyên tâm?

Lời giải chi tiết:

a) Mũi tên trên đường sức chỉ hướng của lực của lực hấp dẫn tác dụng lên một vật có khối lượng đặt trong trường hấp dẫn

b) Mật độ các đường sức biểu thị cường độ của trường hấp dẫn - khu vực có mật độ đường sức từ càng thưa thì càng yếu và ngược lại.

c) Trường hấp dẫn của Trái đất là trường xuyên tâm vì ở tất cả các vật có khối lượng đặt trong trường này đều hút về tâm của Trái Đất.

CH 2

Đặc điểm nào cho biết trường hấp dẫn ở gần bề mặt Trái Đất là trường đều?

Lời giải chi tiết:

Các vật ở gần Trái Đất đều chịu một lực hấp dẫn với cường độ như nhau nên trường hấp dẫn ở gần bề mặt Trái Đất là trường đều.

VD

Trạm vũ trụ quốc tế ISS (International Space Station) là một tổ hợp công trình quốc tế nhằm nghiên cứu không gian trên quỹ đạo tầng thấp của Trái Đất. Trạm có khối lượng 444 615 kg và chuyển động trên quỹ đạo thấp nhất, cách mặt đất 370 km. Tính lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên trạm ISS. Biết rằng, Trái Đất có khối lượng 5,97.10²⁴ kg và bán kính 6370 km.

Lời giải chi tiết:

Lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên trạm ISS là:

\(F = G\frac{{{M_{TD}}m}}{{{{(h + {R_{TD}})}^2}}} = 6,{67.10^{ - 11}}.\frac{{5,{{97.10}^{24}}.444615}}{{{{((370 + 6370){{.10}^3})}^2}}} = 3,{897.10^6}N\)

CH

Có người nhận định rằng: “Các nhà du hành trên trạm Vũ trụ quốc tế ISS ở trạng thái không trọng lượng bởi vì họ đã thoát khỏi trường hấp dẫn của Trái Đất.” Hãy nêu quan điểm của bạn về nhận định này.

Lời giải chi tiết:

Các phi hành gia cảm thấy "không trọng lượng" vì tàu con thoi của họ đang ở trạng thái rơi tự do liên tục xuống Trái Đất. Tuy nhiên, tàu con thoi không bao giờ rơi xuống Trái Đất vì nó đang di chuyển theo phương ngang với vận tốc khoảng 18.000 km / giờ, chống lại lực hấp dẫn. Nếu tàu vũ trụ không di chuyển đủ nhanh, nó sẽ rơi vào tình trạng ảnh hưởng của trường hấp dẫn của Trái Đất và rơi xuống Trái Đất.

Không có cái gọi là không trọng lực trong không gian. Lực hấp dẫn ở khắp mọi nơi trong vũ trụ và thể hiện ở các lỗ đen, quỹ đạo thiên thể, thủy triều và thậm chí cả trọng lượng của chính chúng ta.