Translate

Thứ Hai, 5 tháng 5, 2014

Tại sao con người trên Trạm vũ trụ mất trọng lượng


(Mục 1 và 2 ôn lại kiến thức vật lý phổ thông...)

1- Trọng lượng là sứt hút của một thiên thể (gia tốc trọng trường) lên một khối lượng.
Trên Trái đất, trọng lượng của một vật là sức hút của Trái đất lên vật ấy.

Ta biết gia tốc trọng trường bình quân của Trái đất là g = 9,8m/s2.
(Trị số trên được tính từ công thức: g = GM/R2; Trong đó G là hằng số hấp dẫn, M là khối lượng Trái đất, R là bán kính Trái đất. Có thể dùng trị số g = 10m/s2 cho gọn)

Vậy trọng lượng của một người trên Trái đất có khối lượng 50kg là: 50 x 10 = 500N (Newton)

2- Khi lên độ cao đáng kể, gia tốc trọng trường sẽ giảm.
Gọi h là độ cao từ mặt đất, ta có r là khoảng cách tính từ tâm Trái đất: r = R + h
Gia tốc trọng trường Trái đất sẽ thay đổi là g' = GM/r2

[g' = GM/r2 = (GM/R2).(R2/r2)]
hay g' = g.(R/r)2
vì r > R nên tỉ R/r < 1 và (R/r)2 <1, suy ra g' < g

Phép tính thử: R = 6400Km, vệ tinh bay ở độ cao 300km, r = 6700km. Với g = 9,8m/s2
g' = 9,8.(6400/6700)2 = 8,9m/s2

3- Với gia tốc trọng trường là 8,9m/s2 là rất lớn (giảm không bao nhiêu). Vậy tại sao các Phi hành gia trên Trạm vũ trụ (cách mặt đất > 300km) lại ở trạng thái mất trọng lượng?

3a- Trong thang máy: nếu thang máy đi lên, bạn cảm thấy mình hơi nặng hơn và khi thang máy đi xuống, bạn lại cảm thấy mình như nhẹ hơn một tí.

3b- Cũng tương tự như thế, vào ngày 26/4/2007, nhà bác học bại liệt toàn thân Stephen Hawking đã trãi nghiệm trạng thái không trọng lượng: Máy bay chở phóng lên cao 15km, rồi chúi xuống gần như rơi tự do đến độ cao 12km. Máy bay lên xuống theo hình sin dốc đứng để tạo trạng thái không trọng lượng khoảng 25 giây khi máy bay chúi xuống.


Stephen Hawking lơ lửng trong khoang máy bay

Để cảm thấy trọng lượng, cần có phản lực từ mặt đất. Khi đứng trên mặt phẳng vững chắc, phản lực đối kháng bằng đúng trọng lượng. Mục 3a trong thang máy: khi thang máy lên, phản lực từ thang máy mạnh hơn = trọng lượng biểu kiến khiến ta cảm thấy nặng hơn, và khi thang máy xuống, phản lực từ thang máy yếu đi = trọng lượng biểu kiến khiến ta thấy nhẹ hơn.
Với mục 3b, xem như rơi tự do, phản lực tiến tới zero khiến mọi người trong máy bay cảm thấy mất trọng lượng; Đấy là trọng lượng biểu kiến, mà thực ra, sức hút của Trái đất vẫn luôn luôn tác dụng lên mọi người trong chiếc máy bay ấy.


4- Và các phi hành gia trong Trạm vũ trụ ở độ cao 350km cũng thế: y chang trường hợp nhà bác học Stephen hawking: Thay vì máy bay, ở đây là phi thuyền vũ trụ, thay vì bay chúi xuống tạo ra tình trạng rơi tự do, ở đây Trạm vũ trụ bay ngang (thẳng góc với trục xuyên tâm Trái đất) với vận tốc lớn: khoảng 28000km/giờ, đồng thời Trạm vũ trụ chịu sức hút Trái đất (8,9m/s2 ở độ cao 300km) nên Trạm vũ trụ cũng rơi tự do! Tổng hợp gia tốc rơi tự do hướng tâm Trái đất và vận tốc tiếp tuyến khiến quỹ đạo Trạm vũ trụ là đường tròn quanh Trái đất ở độ cao ấy.

Phi hành gia Chris Hadfield và miếng bánh tráng Tortilla trôi nổi trước mặt

Vậy tóm lại: các Trạm vũ trụ trên quỹ đạo bay quanh Trái đất là chúng đang rơi tự do! Nhờ việc rơi tự do, các phi hành gia có trọng lượng biểu kiến bằng 0, cảm thấy mình mất trọng lượng. Không những cảm thấy mà các phi hành gia thấy rõ điều nầy: mọi vật chung quanh đều mất trọng lượng nên thật khó nắm bắt, xoay xở. Trên mặt đất nhờ phản lực gây nên sức nặng, lại chính là điểm tựa cho mọi hoạt động, chuyển động; còn trên Trạm không gian, phản lực mất đi khiến con người cảm thấy mất trọng lượng, cũng đem lại phiền hà, lúng túng trong sinh hoạt thường ngày.

----------
Xem trực tiếp toàn bộ blog Chuyện Linh Tinh

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét

Trực tuyến

Mục lục Toàn bộ (theo thứ tự thời gian)

Trực tuyến