LỰC HẤP DẪN – TRỌNG LỰC, GIA TỐC RƠI TỰ DO Ở ĐỘ CAO h
1. LÝ THUYẾT
* Các công thức
+ Định luật vạn vật hấp dẫn: Fhd = \(G\frac{{{m}_{1}}{{m}_{2}}}{{{r}^{2}}}\) ; với G = 6,67.10-11 Nm2/kg2.
+ Trọng lượng, gia tốc rơi tự do:
Ở sát mặt đất: P = mg = \(G\frac{mM}{{{R}^{^{_{2}}}}}\) ; g = \(\frac{G{{M}_{{}}}}{{{R}^{2}}}\)
Ở độ cao h: gh = \(\frac{G{{M}_{{}}}}{{{(R+h)}^{2}}}\)
M = 6.1024 kg và R = 6400 km là khối lượng và bán kính Trái Đất.
* Phương pháp giải
Để tìm các đại lượng liên quan đến lực hấp dẫn và sự phụ thuộc của trọng lực, gia tốc rơi tự do vào độ cao so với mặt đất ta viết biểu thức liên hệ giữa những đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm từ đó suy ra để tính đại lượng cần tìm.
2. BÀI TẬP VÍ DỤ
Bài 1: Cho biết Trái Đất có khối lượng là M = 6.1024 kg, bán kính 6400 km, khối lượng của một tảng đá nằm trên mặt đất là m = 2,3 kg. Hỏi tảng đá hút Trái Đất với một lực bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn:
Gia tốc rơi tự do ở sát mặt đất là:
Lực hút giữa tảng đá với Trái Đất là: F = P = mg (định luật III Newton)
⇒ F = 2,3. 9,77 = 22,5 N
Bài 2: Tính độ cao mà ở đó gia tốc rơi tự do là 9,6 m/s2. Biết bán kính Trái Đất là 6400 km, và gia tốc rơi tự do ở sát mặt đất là 2,8 m/s2
Hướng dẫn:
Gia tốc rơi tự do ở độ cao h:
Gia tốc rơi tự do ở sát mặt đất:
Bài 3: Ở độ cao nào so với mặt đất thì gia tốc rơi tự do bằng một nửa gia tốc rơi tự do ở mặt đất ? Cho bán kính trái đất là R = 6400 km
Hướng dẫn:
Gia tốc rơi tự do ở độ cao h:
Gia tốc rơi tự do ở sát mặt đất:
Bài 4: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75 kg khi người đó ở
a. trên Trái Đất (g = 9,8 m/s2).
b. trên Mặt Trăng (g = 1,7 m/s2).
c. trên Kim tinh (g = 8,7 m/s2).
Hướng dẫn:
a. Trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ khi ở trên Trái Đất là:
P = mg = 75. 9,8 = 735 N
b. Trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ khi ở trên Mặt Trăng là:
P = mg = 75.1,7 = 127,5 N
c. Trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ khi ở trên Kim tinh là:
P = mg = 75. 8,7 = 652,5 N
Bài 5: Một vật khối lượng 1 kg, ở trên mặt đất có trọng lượng 10 N. Khi chuyển động tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R (R là bán kính Trái Đất) thì nó có trọng lượng bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn:
Khi chuyển động tới một điểm cách tâm Trái Đất 2R ⇒ h = R
Mà ta có tỉ số:
3. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1. Khoảng cách trung bình giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng bằng 60 lần bán kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng Trái Đất 81 lần. Tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm của chúng, lực hút của Trái Đất và của Mặt Trăng tác dụng vào một vật cân bằng nhau?
2. Sao Hỏa có bán kính bằng 0,53 bán kính Trái Đất và có khối lượng bằng 0,1 khối lượng Trái Đất. Tính gia tốc rơi tự do trên sao Hỏa. Cho gia tốc rơi tự do trên mặt đất là 9,8 m/s2.
3. Tính độ cao mà ở đó gia tốc rơi tự do là 9,65 m/s2 và độ cao mà ở đó trọng lượng của vật chỉ bằng 2/5 so với ở trên mặt đất. Biết gia tốc rơi tự do ở sát mặt đất là 9,83 m/s2 và bán kính Trái Đất là 6400 km.
4. Tính gia tốc rơi tự do ở độ cao 5 km và ở độ cao bằng nửa bán kính Trái Đất. Cho gia tốc rơi tự do ở mặt đất là 9,80 m/s2, bán kính Trái Đất là 6400 km.
...
---(Nội dung tiếp theo của phần bài tập, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)---
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Chuyên đề Lực hấp dẫn – Trọng lực, gia tốc rơi tự do ở độ cao h môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tư liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
