Lực hấp dẫn là gì? Định luật và công thức tính chuẩn nhất

Lực hấp dẫn tác động lên mọi vật trong vũ trụ. Lực này không chỉ được áp dụng trong vật lý, thiên văn học mà còn được sử dụng để lý giải các hiện tượng trong đời sống hàng ngày. Mời Quý Vị cùng tham khảo bài viết dưới đây để hiểu hơn về lực hấp dẫn.

Lực hấp dẫn là gì?

Lực hấp dẫn là một hiện tượng hai hoặc nhiều vật thể có khối lượng hoặc năng lượng bị hút vào nhau. Độ lớn của lực hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng vật thể, và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các vật thể. (Đây là mô tả về lực hấp dẫn theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton). Trong thực tế, chúng ta đã có khá nhiều tài liệu lý giải về lực hấp dẫn theo các luận điểm khoa học và phạm vị nghiên cứu khác nhau. Nhưng trong hầu hết các ứng dụng hiện nay, chúng ta chấp nhận định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là gần đúng.

Trên trái đất, lực hấp dẫn giữa trái đất với vật thể sinh ra trọng lượng của vật thể. Nói cách khác, trọng lượng của vật chất được sinh ra bởi lực hấp dẫn giữa trái đất và vật chất đó. Trong phạm vi vũ trụ, lực hấp dẫn cũng tương tác giữa các hành tinh tạo lên các quỹ đạo xoay xung quanh nhau giữa các hành tinh, hằng tinh, thiên thạch… Lực hấp dẫn giúp lý giải sự hình thành của thủy triều và các hiện tượng khác trong thiên nhiên.

Nguyên nhân xuất hiện

Khi một vật thể chịu tác động của ngoại lực sẽ khiến nó bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển động. Xét trong hệ quy chiếu quán tính thì các vật sẽ di chuyển tự do với vận tốc không thay đổi. Quỹ đạo của chúng hình thành các đường trắc địa còn được gọi là độ cong của không thời gian. Hai vật thể khi cùng chịu tác động sẽ sinh ra lực hút và được gọi là lực hấp dẫn.

Lực này sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa 2 vật,  tỉ lệ thuận với khối lượng của vật.

Đặc điểm và trạng thái hình dung

Về cơ bản, lực hấp dẫn có những đặc điểm nổi bật sau đây:

• Là lực hút.
• Điểm đặt: Đặt ngay trọng tâm của vật (chất điểm).
• Giá của lực: Đường thẳng đi qua tâm của 2 vật.
• Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi lực hút giữa 2 vật là rất lớn so với khoảng cách của chúng. Hoặc có thể nhắc đến các vật đồng chất dạng hình cầu.

Công thức tính lực hấp dẫn

Công thức tính lực hấp dẫn được nhà khoa học Isaac Newton nghiên cứu và phát triển lý thuyết vạn vật hấp dẫn của ông vào những năm 1680. Ông đã tìm thấy lực hấp dẫn có khả năng tác dụng lên tất cả vật chất và là một hàm của khối lượng lẫn khoảng cách. Theo đó, công thức tính lực hấp dẫn cụ thể như sau:

Fg = G (m1.m2) / r2 

Trong đó:

• Fg: Lực hấp dẫn
• m1, m2: Khối lượng của 2 vật
• r: Khoảng cách giữa 2 vật
• G: Hằng số vạn vật hấp dẫn

>> Tham khảo: Tìm hiểu thêm về áp suất là gì?

Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn

Định nghĩa trọng lực

Trọng lực của một vật được hiểu là lực hấp dẫn giữa vật đó với Trái Đất. Trọng lực có điểm đặt tại trọng tâm của vật khi vật có khối lượng m được thả rơi từ độ cao h so với mặt đất. Khi đó ta có một trọng lượng P tác dụng lên vật.

Độ lớn còn được gọi là trọng lượng. Có rất nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng, trọng lượng còn thể hiện cường độ của trọng lực khi tác động vào chính vật đó. Tuy nhiên, khi đề cập đến 2 yếu tố cấu thành thì có rất nhiều người nhầm lẫn. Sự khác nhau cơ bản giữa trọng lượng và trọng lực như sau: Trọng lực là một loại lực và trọng lượng là một đại lượng.

Công thức tính trọng lực

Công thức xác định độ lớn của trọng lực như sau: 

P = G(m.M)/(R+h)2

Trong đó:

• 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)

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

Một số ví dụ về lực hấp dẫn

Ví dụ 1: 

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

Hướng dẫn:

Gọi khối lượng Mặt Trăng là M ⇒ Ta có khối lượng của Trái Đất là 81 M.

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

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

Theo yêu cầu: Lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật cân bằng với lực hút từ Mặt trăng tác dụng vào vật. Cụ thể:

Fhd1 = Fhd2

Ta có: h = 54R 

Ví dụ 2:

Hai tàu thuỷ có khối lượng là 50000 tấn, vị trí cách nhau là 1 km. Tính lực hấp dẫn của chúng.

Hướng dẫn:

50000 tấn = 5,107 kg; 1 km = 1000 m

Độ lớn lực hấp dẫn giữa có kết quả Fhd = 0,167 (N)

Trên đây là những thông tin chia sẻ của Vankhinen-THP về lực hấp dẫn là gì cũng như công thức tính cụ thể. Ngoài ra, bài viết còn bổ sung thêm kiến thức liên như trọng lực. Mong rằng qua bài viết có thể giúp bạn hiểu rõ hơn, qua đó biết cách tính toán chuẩn xác nhất về loại lực này.