(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.
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