Khi bạn đá một quả bóng hoặc bắn một viên đạn lên trời, dù chúng ở độ cao bao nhiêu, chúng cũng sẽ rơi xuống đất. Tại sao họ không đi lên mãi mãi và “đi”? Có phải chỉ vì mọi thứ xung quanh Trái đất không thể “chạy” khỏi lực hấp dẫn của nó?
Nhưng vệ tinh nhân tạo và tàu vũ trụ vẫn có thể bay quanh Trái đất nhiều ngày mà không bị rơi?
vệ tinh nhân tạo
phi thuyền
Để giải thích điều đó, trước hết chúng ta hãy làm một thí nghiệm đơn giản: Buộc một vật nặng vào một đầu sợi dây, giữ chắc đầu kia rồi vặn cho chắc. Bàn tay của bạn sẽ cảm thấy căng ra bên ngoài. Tốc độ quay càng nhanh thì lực kéo càng mạnh. Lực hút này được gọi là lực ly tâm. Một lực khác trong sợi dây có tác dụng giữ quả nặng tại chỗ và làm nó quay được gọi là lực hướng tâm. Lực li tâm và lực hướng tâm tuy ngược chiều nhau nhưng cân bằng và tác dụng lên hai vật (sợi dây và quả nặng). Mọi vật chuyển động tròn đều chịu tác dụng của lực hướng tâm. 11,2 kmI giây để chiến thắng trọng lực của trái đất
Khi bay, vệ tinh nhân tạo cũng chịu tác dụng của lực hướng tâm yêu cầu không đủ lớn, lực hút này không chỉ buộc vệ tinh nhân tạo quay vào quỹ đạo mà còn kéo nó trở lại Trái đất.
Chỉ khi vệ tinh nhân tạo bay với tốc độ lớn, sao cho hoàn toàn tác dụng lực hướng tâm vào chuyển động tròn đều của vệ tinh thì vệ tinh mới không bị rơi. Theo tính toán khoa học, để khả năng này không xảy ra, vệ tinh nhân tạo phải đạt tốc độ 7,8 kmI giây và phải bay theo hướng ném lên khỏi mặt nước. Tốc độ này được gọi là “vận tốc vũ trụ 1”.
Tuy nhiên, ngay cả với tốc độ này, do gặp phải một lớp không khí mỏng, vệ tinh sẽ giảm tốc độ và cuối cùng rơi vào bầu khí quyển dày đặc, nóng lên và bốc cháy.
Để khắc phục hiện tượng này và “thoát” khỏi Trái đất, vệ tinh phải đạt tốc độ 11,2 km / s, khi đó nó mới trở thành vệ tinh nhân tạo. Tốc độ này còn được gọi là “tốc độ chạy trốn” hoặc “tốc độ vũ trụ 2”.
Nếu muốn bay đến hành tinh khác, vệ tinh cần đạt tốc độ 16,7 km / s. Tốc độ này là “tốc độ vũ trụ 3”.
Những thứ nặng hơn ở đâu?
Càng lên cao, lực hút của trái đất lên vật càng giảm nên càng nhẹ. Nếu bạn vượt ra ngoài bầu khí quyển của Trái đất, trọng lượng của vật thể sẽ bằng không. Nói cách khác, bạn có thể cho rằng càng vào sâu trong lòng đất, vật thể càng nặng. Chú ý, điều này là hoàn toàn sai lầm!
Trái đất thu hút các vật thể bên ngoài cũng giống như tất cả khối lượng của nó đều tập trung ở tâm. Theo định luật vạn vật hấp dẫn, lực hút giảm tỉ lệ nghịch với bình phương quãng đường, càng lên cao, lực hút của Trái đất lên các vật càng yếu.
Nếu một vật nặng 1 kg được nâng lên độ cao 6.400 km, tức là đưa nó ra xa tâm Trái đất gấp đôi bán kính Trái đất, thì lực hút sẽ giảm đi từ 2 đến 2 lần, tức là 4 lần. , và trọng lượng của nó sẽ treo trên cân. Cân của lò xo sẽ chỉ có tổng trọng lượng là 250 gam, không phải 1 kilôgam. Nếu lấy quả nặng cách mặt đất 12.800 km, tức là xa tâm trái đất 3 lần, lực hấp dẫn giảm đi 9 lần thì quả nặng 1 kg lúc này chỉ nặng 111 g…
Từ những tính toán trên, chắc chắn bạn sẽ nảy ra ý tưởng rằng khi đặt một quả nặng vào sâu bên trong trái đất, tức là khi đưa một vật vào tâm, ta sẽ thấy lực hút nhiều hơn, hay quả nặng nặng hơn. . Nhưng trên thực tế, trọng lượng của những vật thể này không hề tăng thêm trọng lượng khi nó được đưa sâu vào bên trong Trái đất mà ngược lại nó trở nên nhẹ hơn.
Điều này là do bây giờ vật thể không còn bị hút về một phía nữa mà từ nhiều phía trên mặt đất (dưới cùng, trái, phải.). Tuy nhiên, lực hấp dẫn của một quả cầu có bán kính bằng khoảng cách từ tâm Trái Đất đến nơi đặt vật là có giá trị. Vì vậy, càng vào sâu bên trong trái đất, trọng lượng của vật càng giảm nhanh. Khi đến tâm trái đất, nó trở nên không trọng lượng.
Như vậy, ở trên mặt đất, vật sẽ nặng hơn (1)
(1) Điều này sẽ xảy ra nếu Trái đất hoàn toàn đồng nhất về mật độ. Tuy nhiên, trong thực tế, mật độ của Trái đất tăng gần trung tâm hơn: Vì vậy, khi chúng ta đi sâu vào bên trong Trái đất, lực hấp dẫn trước tiên tăng lên một lượng nhất định, và sau đó bắt đầu giảm.