Bài 2. Trường hấp dẫn - Chuyên đề học tập Lí 11 Chân trời sáng tạo

KĐ

Quả táo rơi xuống mặt đất (Hình 2.1a), Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất (Hình 2.1b), các hành tinh lại quay xung quanh Mặt Trời (Hình 2.1c). Tại sao quả táo rơi xuống đất khi rời cành cây? Tại sao Mặt Trăng và các hành tinh có thể duy trì được quỹ đạo chuyển động của chúng?

Lời giải chi tiết:

Khi rụng khỏi cành cây thì quả táo luôn rơi xuống mặt đất vì quả táo đã chịu tác dụng của lực hút Trái Đất. Lực hút này làm quả táo bị rơi thẳng xuống mặt đất.

Chuyển động của Mặt Trăng là do có lực hấp dẫn giữa Mặt Trăng và Trái Đất, quỹ đạo của các hành tinh khác là do lực hấp dẫn giữa các hành tinh và Mặt Trời.

CH

1. Dùng tay ném quả bóng tennis lên cao, em hãy mô tả chuyển động của quả bóng. Giải thích tại sao quả bóng không thể bay lên cao mãi.

2. Lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên Mặt Trăng đóng vai trò gì trong việc giữ cho Mặt Trăng không rời xa Trái Đất?

Lời giải chi tiết:

1. Khi ta ném quả bóng tennis lên cao, quả bóng chuyển động chậm dần đến một độ cao cực đại, dừng lại rồi chuyển động nhanh dần xuống mặt đất. Vì lực ném nhỏ hơn lực hấp dẫn Trái Đất lên vật nên vật chỉ bay lên một độ cao nhất định rồi sẽ rơi xuống.

2. Lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên Mặt Trăng giữ cho nó chuyển động vô hạn quanh Trái Đất, vì vậy Mặt Trăng không bao giờ chạm vào đất của Trái Đất. Chuyển động của Mặt trăng không tìm thấy lực cản trong không gian, vì nó diễn ra trong chân không, tốc độ được duy trì và vệ tinh của chúng ta sẽ luôn ở trên quỹ đạo.

LT

Nêu một số ví dụ khác chứng tỏ tồn tại lực 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

Dựa vào Hình 2.1, nêu điểm giống nhau trong tương tác giữa quả táo và Trái Đất, giữa Mặt Trăng và Trái Đất, giữa các hành tinh trong hệ Mặt Trời và Mặt Trời.

Lời giải chi tiết:

Tương tác giữa quả táo và Trái Đất thì quả táo luôn hướng về Trái Đất vì có lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên quả táo vì vậy quả táo rơi luôn hướng về Trái Đất

Tương tác giữa Mặt Trăng và Trái Đất thì Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất do lực hấp dẫn duy trì quỹ đạo của Mặt Trăng

Tương tác giữa các hành tinh trong hệ Mặt Trời với Mặt Trời do có lực hấp dẫn của Mặt Trời duy trì quỹ đạo của các hành tinh xung quanh Mặt Trời

CH

Quan sát Hình 2.3 và nhận xét về phương, chiều của đường sức trường hấp dẫn của Trái Đất.

Lời giải chi tiết:

Đường sức trường hấp dẫn có phương chiều là đi từ vô cùng vào tâm của Trái Đất.

VD

Tìm hiểu và trình bày về tác dụng của trường hấp dẫn của Trái Đất lên các nhà du hành vũ trụ trên trạm vũ trụ bay xung quanh Trái Đất.

Lời giải chi tiết:

Không trọng lực không có nghĩa là thiếu lực hấp dẫn. Khi các phi hành gia đang lơ lửng như thể lực hấp dẫn không tồn tại nhưng họ vẫn chịu tác dụng của lực hút của Trái đất. Những người cư ngụ trên Trạm Vũ trụ Quốc tế lơ lửng vì họ thực hiện chuyển động xuống vĩnh viễn.

Bài 1

Giải thích tại sao lực hấp dẫn của Trái Đất có tác dụng làm các vật rơi về phía bề mặt của Trái Đất, tuy nhiên lực hấp dẫn do các vật rơi này tác dụng lên Trái Đất lại không cho thấy Trái Đất chuyển động về phía các vật.

Lời giải chi tiết:

Lực hấp dẫn của Trái Đất lên vật chính là trọng lực của vật mà trọng lực của vật có phương thẳng đứng và chiều hướng về tâm Trái Đất.

Vật rơi thường có khối lượng rất bé so với Trái Đất nên lực tác dụng của vật lên Trái Đất là không đáng kể và không đủ sức để làm Trái Đất chuyển động.

Bài 2

Tìm hiểu và trình bày sơ lược cách thức các nhà du hành vũ trụ vệ sinh thân thế trên trạm vũ trụ ngoài không gian.

Lời giải chi tiết:

Vấn đề vệ sinh trên trạm vũ trụ là 1 việc cực kỳ quan trọng. Nhiều nghiên cứu cho thấy tốc độ sinh sôi của các loại vi khuẩn trong môi trường không trọng lực nhanh hơn trên trái đất rất nhiều lần đồng nghĩa với việc các bệnh viêm nhiễm và truyền nhiễm sẽ dễ dàng xảy ra hơn và nguy hiểm hơn. Tất cả áo quần của các phi hành gia không thể giặt được vì phải tiết kiệm nước và các thiết bị giặt ly tâm không hoạt động trong môi trường không trọng lực. Vì vậy quần (1 tuần thay 1 lần) cùng với đồ lót, tất, sơ mi (2 ngày thay 1 lần) sẽ được đựng trong các túi kín và gom vào 1 chỗ chờ tiêu hủy chứ không tái sử dụng trừ những trường hợp đặc biệt.

Hệ thống toa lét trên tàu vũ trụ cũng khá đơn giản: Để đảm bảo chất thải không trôi nổi khắp nơi, toa lét của các tàu vũ trụ không sử dụng nước mà có 1 hệ thống quạt hút, khi sử dụng hệ thống quạt hút này hoạt động tạo ra 1 dòng khí lưu thông hút chất thải vào các khoang chứa, phần chất thải này sau đó được phân tách nước, phần bã rắn được đóng gói và lưu trữ lại để sau này phân tích trong các phòng thí nghiệm dưới mặt đất. Chất cặn bã này sẽ giúp người ta hiểu được cơ chế hoạt động của cơ thể các nhà du hành trong điều kiện sinh hoạt trên vũ trụ. Từ đó có những điều chỉnh thích hợp.

Về việc tắm rửa thì trước đây các nhà du hành tắm trong các căn buồng khép kín, sau khi đóng cửa vào họ xả nước như trên mặt đất, phần nước lơ lửng được các quạt hút làm khô. Tuy nhiên hệ thống này giờ đây đã bị gạt bỏ vì tính thiếu tin cậy cùng việc lãng phí nước của nó. Các giọt nước lơ lửng nếu không được xử lý triệt để sẽ gây chập cháy cho các thiết bị điện tử trên tàu. Các tàu vũ trụ hiện đại sử dụng các bông tắm được làm ẩm để các phi hành gia vệ sinh cơ thể thay vì cách xịt nước thành vòi. Và trong tình trạng không trọng lực, những việc đơn giản như vệ sinh cá nhân, tắm rửa cũng sẽ chiếm mất khoảng 1 tiếng rưỡi mỗi ngày.