Tiểu luận môn Vật lý đại cương A1: Lực hấp dẫn định luật vạn vật hấp dẫn

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ

- - -  - - -

BÁO CÁO ĐỀ TÀI
MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1
Đề tài tiểu luận :

LỰC HẤP DẪN
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

[Type text]

SNTH

: BÙI VĂN LINH

LỚP

: K43

GVHD

: NGÔ KHOA QUANG

[Type text]

[Type text]

GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

---Huế, 5/2020---

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
Thế giới xung quanh chúng ta có vô vàn sự vật và hiện tượng phong phú
và đa dạng. Rất nhiều bí ẩn chưa có lời giải đáp do đó những nhà bác
học ra đời nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau.Trong đó có ngành Vật
lý học , một ngành rất quan trọng trong lĩnh vực khoa học tự nhiên
Ngành vật lý học chia làm hai phần tùy theo lĩnh vực nghiên cứu:
+ Vật lý vĩ mô nghiên cứu các quy luật vận động của vật chất trong thế
giới vĩ mô.
+ Vật lý vi mô nghiên cứu các quy luật vận động của vật chất trong thế
giới vi mô
Một trong những đặc tính tổng quát của các vật thể là chúng luôn luôn
tương tác với nhau.Những tương tác của các đối tượng vật chất là biểu
hiện của một dạng tồn tại thứ hai của vật chất : đó là các trường vật lý,
gọi tắt là các trường
Vì vậy hôm nay đề tài tiểu luận LỰC HẤP DẪN , ĐỊNH LUẬT VẠN
VẬT HẤP DẪN sẽ dẫn chúng ta đến vũ trụ nơi vô cùng huyền bí mà đến
2

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

bây giờ con người vẫn chưa hiểu hết được nó , mà nhà bác học Isaac

Newton đã tìm ra các quy luật chuyển động của vật chất và đặt tên cho
nó là Các định luật về chuyển động của Newton , đây chính là một hệ
thống gồm 3 định luật đặt nền móng cơ bản cho cơ học cổ điển. Mà định
luật vạn vật hấp dẫn cùng công thức toán học của nó đã trở thành nền
tảng cơ sở của ngành vật lý học, là một trong những định luật khoa học
quan trọng nhất của nhân loại.

3

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ ISAAC NEWTƠN

(ảnh minh họa)

I.

GIỚI THIỆU
Isaac Newton đã đóng góp đáng kể vào lĩnh vực khoa học trong suốt
cuộc đời của mình. Ông đã tìm ra phép tính vi phân, tích phân và cung
cấp cho chúng ta một sự hiểu biết rõ ràng về quang học. Tuy vậy, công
việc đáng nói đến nhất của ông là làm việc với các lực, đặc biệt là sự
phát triển định luật vạn vật hấp dẫn.
1, Cuộc đời
Sinh ra trong một gia đình nghèo ở Woolsthorpe, Anh vào năm 1642,
Isaac Newton theo học Đại học Trinity ở Cambridge sau khi mọi việc

trở nên rõ ràng rằng ông sẽ không bao giờ thành công với công việc
của một người nông dân. Khi đó, ông bắt đầu quan tâm đến toán học,
quang học, vật lý và thiên văn học. Sau khi tốt nghiệp, ông bắt đầu
4

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

giảng dạy tại trường và được bổ nhiệm làm Giáo sư Lucasian thứ hai.
Ngày nay, chiếc ghế đó được coi là vị trí giáo sư nổi tiếng nhất trên thế
giới.
Năm 1689, Newton được bầu làm thành viên quốc hội cho các trường
đại học. Năm 1703, ông được bầu làm chủ tịch của Hội Khoa học
Hoàng gia Anh, một tổ chức của các nhà khoa học vẫn còn tồn tại đến
ngày nay. Ông được Nữ hoàng Anne phong tước hiệp sĩ vào năm 1705
và không bao giờ nghĩ đến việc kết hôn.
Newton qua đời năm 1727 ở tuổi 84. Sau khi mất, ông đã được
chuyển đến một nơi trang trọng hơn ở Westminster Abbey.
2, Chuyển động trong vũ trụ

Cuốn Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Nguyên tắc Toán học của Triết học tự nhiên)

5

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

Một câu chuyện phổ biến kể rằng nhờ vào quả táo rơi xuống từ một cây
trong khu vườn của ông, mà Newton đưa đến một sự hiểu biết về lực,
đặc biệt là lực hấp dẫn. Cho dù sự việc xảy ra thực sự là không rõ,
nhưng các nhà sử học nghi ngờ sự kiện này - nếu nó đã diễn ra - là động
lực trong quá trình suy nghĩ của Newton. Năm 1688, Newton hoàn thành
tác phẩm mà sau này trở thành một trong những công trình nền tảng
quan trọng nhất cho vật lý của mọi thời đại, cuốn "Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica" ("Nguyên tắc Toán học của Triết học
tự nhiên"), thường được gọi là Principia. Trong đó, ông xác định ba định
luật chuyển động trong vũ trụ.
Định luât thứ nhất mô tả việc: làm thế nào mà các vật thể di chuyển với
vận tốc tương tự trừ khi có một lực bên ngoài tác động chống lại nó. (lực
là một cái gì đó gây ra hoặc thay đổi chuyển động). Vì vậy, một vật nằm
yên trên bàn chỉ chuyển động cho đến khi một lực – sức đẩy của một bàn
tay, hoặc trọng lực – tác động lên nó. Tương tự như vậy, các vật di
chuyển cùng tốc độ, trừ khi nó tương tác với một lực khác, chẳng hạn
như ma sát
Định luật thứ hai của ông về chuyển động là phải tính toán cho lực
tương tác như thế nào. Cùng chịu 1 lực, vật nào có khối lượng nhỏ hơn
sẽ thu được gia tốc lớn hơn và chuyển động nhanh hơn.
Định luật thứ ba của Newton rất gần với mỗi hành động trong tự nhiên,
có một phản ứng bằng nhau và ngược lại. Nếu vật A tác dụng vào vật B
một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực, có cùng độ lớn nhưng
theo hướng ngược lại.
Từ tất cả những điều này, Newton đã suy tính ra định luật vạn vật hấp
dẫn. Ông thấy rằng hai vật di chuyển xa nhau, lực hấp dẫn giữa chúng
giảm (do lực hấp dẫn nghịch đảo với bình phương khoảng cách). Vì vậy,
6

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

nếu khoảng cách giữa hai vật tăng lên 2 lần, lực hấp dẫn chỉ còn bằng
1/4 so với lúc đầu (còn nếu tăng lên 3 lần thì lực hấp dẫn sẽ bằng 1/9 lúc
đầu).
Các định luật này đã giúp các nhà khoa học hiểu thêm về chuyển động
của các hành tinh trong hệ Mặt Trời và Mặt Trăng xung quanh Trái Đất.
3, Một nhà khoa học không ngừng rèn luyện
Khi còn là sinh viên, Newton đã phải gián đoạn hai năm khi bệnh dịch
hạch hoành hành buộc trường Đại học Trinity phải đóng cửa. Ở nhà, ông
tiếp tục nghiên cứu thêm quang học, bằng cách sử dụng một lăng kính
để tách ánh sáng trắng, và trở thành người đầu tiên lập luận rằng ánh
sáng trắng là hỗn hợp của nhiều loại tia, chứ không phải là một thực thể
duy nhất. Ông tiếp tục làm việc với ánh sáng và màu sắc trong vài năm
tới, và công bố phát hiện của mình trong "Opticks" vào năm 1704.
Gây trở ngại bởi các vấn đề với kính thiên văn vào thời điểm đó, ông
đã phát minh ra kính thiên văn phản xạ, mài gương và tự chế tạo ống
kính. Tin tưởng vào một tấm gương hơn là thấu kính, kính thiên văn
phản xạ đã cho thấy một hình ảnh sắc nét hơn so với kính thiên văn khúc
xạ vào thời điểm đó. Ngày nay, kỹ thuật hiện đại đã làm giảm những vấn
đề gây ra bởi thấu kính, nhưng kính thiên văn lớn như Kính viễn vọng
không gian James Webb vẫn sử dụng gương.
Là một sinh viên, Newton đã cất công vào nghiên cứu các bài toán khó
nhất thời điểm đó. Trong thời gian bị gián đoạn, ông tiếp tục nghiên cứu
toán học, đặt nền tảng cho vi phân và tích phân. Ông đã hợp nhất nhiều
kỹ thuật mà trước đây được coi là riêng biệt, chẳng hạn như việc tìm
kiếm diện tích, tiếp tuyến, và độ dài của đường cong. Ông đã viết De

Methodis Serierum et Fluxionum năm 1671, nhưng không tìm được một
nhà xuất bản.
7

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

CHƯƠNG 2
LỰC HẤP DẪN
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN
I.

LỰC HẤP DẪN

1, Khái niệm
Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. Lực
hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa các vật
2, Ý nghĩa
Trong vật lý học, lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất và có độ lớn
tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương
của hai vật.
Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên theo mô hình
chuẩn được chấp nhận rộng rãi trong vật lý hiện đại, ba lực cơ bản khác
là lực điện từ, lực hạt nhân yếu, và lực hạt nhân mạnh. Lực hấp dẫn là
lực yếu nhất trong số các lực đó, nhưng lại có thể hoạt động ở khoảng
cách xa và luôn thu hút.
Lực hấp dẫn khiến cho những chiếc lá và những cành cây gãy rơi
xuống mặt đất. Lực điện từ tạo ra ánh sáng trong ngôi nhà bạn và những

tia chớp trên bầu trời. Lực hạt nhân nhẹ giúp cho sự tồn tại của các
nguyên tử cấu thành vạn vật. Và cuối cùng, lực hạt nhân nhẹ gây ra sự
phân ra nguyên tử và phóng xạ, giúp cho các nhà máy điện hạt nhân hoạt
động
8

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác
động lên vật thể. Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn là bản chất
của không thời gian bị uốn cong bởi sự hiện diện của khối lượng, và
không phải là một ngoại lực. Trong thuyết hấp dẫn lượng tử, hạt graviton
được cho là hạt mang lực hấp dẫn.
Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên các vật thể có khối lượng và làm
chúng rơi xuống đất. Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình
thành Trái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác; nếu không có nó các vật
thể sẽ không thể liên kết với nhau và cuộc sống như chúng ta biết hiện
nay sẽ không thể tồn tại. Lực hấp dẫn cũng là lực giữ Trái Đất và các
hành tinh khác ở trên quỹ đạo của chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên
quỹ đạo quanh Trái Đất, sự hình thành thủy triều, và nhiều hiện tượng
thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được.

(ảnh minh họa)

9

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1

GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

II. ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN
1, Định luật
Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối
lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa
chúng

Fhd = G

m1m2
r 2 Fhd

(N) : lực hấp dẫn
2, Công thức

m( kg): khối lượng

G = 6,67.10 −11 ( N .m 2 / kg 2 )r (m): khoảng cách giữa hai vật

: hằng số hấp dẫn

chú ý
Áp dụng cho các vật thông thường trong hai trường hợp:
Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng.
Các vật đồng chất và có dạng hình cầu.
3, Biểu thức gia tốc rơi tự do

a) Trọng lực
Trọng lực của một vật thể trên bề mặt một hành tinh hay vật thể khác
trong vũ trụ là lực hấp dẫn mà hành tinh (hay vật thể khác) tác động lên
nó
10

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

b) Biểu thức tính gia tốc rơi tự do:
Nếu xem Trái Đất như một quả cầu đồng tính thì lực hấp dẫn do nó
tác dụng lên một vật có khối lượng m ở độ cao h ta có

Fhd = G

mM
( R + h) 2

Với G là hằng số hấp dẫn.(G = 6.67 x 10-11 m³/kg.s² )
M,R là khối lượng và bán kính Trái Đất.<M=6.1024(kg);R=6400(km)>
m,h là khối lượng và khoảng cách từ vật đến bề mặt đất.
Vì lực này cũng là trọng lực nên ta có: P=mg

GM
g =
( R + h) 2

Từ hai công thức trên ta dễ dàng có được công

thức tính gia tốc rơi tự do ở độ cao h :

c) Tính khối lượng của các thiên thể

11

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

(ảnh minh họa)

R2 g
M =
G

với R là bán kính trái đất, có giá trị trung bình là 6370km =
6,370.106m; g là gia tốc trọng trường trên mặt đất
lấy giá trị trung bình bằng 9,8m/s2.
vậy:

12

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

Nhờ công thức về lực hấp dẫn vũ trụ, ta cũng có thể tính được khối

lượng mặt trời. Trái đất quay xung quanh mặt trời là do lực hấp dẫn của
mặt trời đối với trái đất lực này đóng vai trò lực hướng tâm:

Trong đó M' là khối lượng Mặt trời, R' là khoảng cách từ quả đất đến
mặt trời; nếu quỹ đạo của quả đất quay xung quanh Mặt trời coi như quỹ
đạo tròn (R' coi như không đổi và lấy bằng khoảng cách trung bình từ
quả đất đến Mặt trời) thì lực hướng tâm F r cho bởi công thức:

v là vận tốc chuyển động của quả đất trên quỹ đạo. Vận tốc v của quả
đất có liên hệ với chu kì quay T của nó:

Ta có

Từ đó suy ra khối lượng Mặt trời

13

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

Tính cụ thể bằng số ta tìm được M ' = 2.1030kg
III.

KẾT LUẬN

Định luật vạn vật hấp dẫn để liên hệ với các hiện tượng trong thái
dương hệ. Newton đưa ra kết luận: ''Tất cả các thiên thể tất nhiên đều
phải tuân theo định luật muôn vật đều có sức hút lẫn nhau, do vậy, hai

thiên thể có sức hút lẫn nhau sẽ cùng xoay quanh một trọng điểm chung
trên một quỹ đạo gần giống nhau, đồng thời, cũng xoay quanh
nhau để vận hành''. Sau này định luật của ông đã được ứng dụng rộng rãi
trong ngành thiên văn học nghiên cứu về vũ trụ và các vì sao

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu sách
1. Lương Duyên Bình, Giáo trình Vật lý đại cương (Tập 1)

14

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1


GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH

Tài liệu các trang website
1. />2. />3. />4. />5. />
15

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1