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 SNTH BÙI VĂN LINH LỚP K43 GVHD NGÔ KHOA QUANG Huế, 5/2020[.]
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 SNTH : BÙI VĂN LINH LỚP : K43 GVHD : NGÔ KHOA QUANG -Huế, 5/2020 - [Type text] [Type text] [Type text] GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ISAAC NEWTƠN GIỚI THIỆU .3 1, Cuộc đời .3 2, Chuyển động vũ trụ 3, Một nhà khoa học không ngừng rèn luyện CHƯƠNG LỰC HẤP DẪN ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN .7 I LỰC HẤP DẪN 1, Khái niệm 2, Ý nghĩa II ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN .9 1, Định luật .9 2, Công thức 3, Biểu thức gia tốc rơi tự III 4, Tính khối lượng thiên thể 10 KẾT LUẬN 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH LỜI MỞ ĐẦU Thế giới xung quanh có vơ vàn vật tượng phong phú đa dạng Rất nhiều bí ẩn chưa có lời giải đáp nhà bác học đời nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau.Trong có ngành Vật lý học , ngành quan trọng 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 quy luật vận động vật chất giới vĩ mô + Vật lý vi mô nghiên cứu quy luật vận động vật chất giới vi mơ Một đặc tính tổng qt vật thể chúng luôn tương tác với nhau.Những tương tác đối tượng vật chất biểu dạng tồn thứ hai vật chất : trường vật lý, gọi tắt trường Vì hơm đề tài tiểu luận LỰC HẤP DẪN , ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN dẫn đến vũ trụ nơi vơ huyền bí mà đến người chưa hiểu hết , mà nhà bác học Isaac Newton tìm quy luật chuyển động vật chất đặt tên cho Các định luật chuyển động Newton , hệ thống gồm định luật đặt móng cho học cổ điển Mà định luật vạn vật hấp dẫn cơng thức tốn học trở thành tảng sở ngành vật lý học, định luật khoa học quan trọng nhân loại BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ISAAC NEWTƠN (ảnh minh họa) I GIỚI THIỆU Isaac Newton đóng góp đáng kể vào lĩnh vực khoa học suốt đời Ơng tìm phép tính vi phân, tích phân cung cấp cho hiểu biết rõ ràng quang học Tuy vậy, cơng việc đáng nói đến ông làm việc với lực, đặc biệt phát triển định luật vạn vật hấp dẫn 1, Cuộc đời Sinh gia đình nghèo Woolsthorpe, Anh vào năm 1642, Isaac Newton theo học Đại học Trinity Cambridge sau việc trở nên rõ ràng ông không thành công với công việc người nông dân Khi đó, ơng bắt đầu quan tâm đến tốn học, quang học, vật lý thiên văn học Sau tốt nghiệp, ông bắt đầu BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH giảng dạy trường bổ nhiệm làm Giáo sư Lucasian thứ hai Ngày nay, ghế coi vị trí giáo sư tiếng giới Năm 1689, Newton bầu làm thành viên quốc hội cho trường đại học Năm 1703, ông bầu làm chủ tịch Hội Khoa học Hoàng gia Anh, tổ chức nhà khoa học tồn đến ngày Ơng Nữ hồng Anne phong tước hiệp sĩ vào năm 1705 không nghĩ đến việc kết hôn Newton qua đời năm 1727 tuổi 84 Sau mất, ông chuyển đến nơi trang trọng Westminster Abbey 2, Chuyển động vũ trụ Cuốn Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Nguyên tắc Toán học Triết học tự nhiên) BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH Một câu chuyện phổ biến kể nhờ vào táo rơi xuống từ khu vườn ông, mà Newton đưa đến hiểu biết lực, đặc biệt lực hấp dẫn Cho dù việc xảy thực không rõ, nhà sử học nghi ngờ kiện - diễn - động lực trình suy nghĩ Newton Năm 1688, Newton hoàn thành tác phẩm mà sau trở thành cơng trình tảng quan trọng cho vật lý thời đại, "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" ("Nguyên tắc Toán học Triết học tự nhiên"), thường gọi Principia Trong đó, ơng xác định ba định luật chuyển động vũ trụ Định luât thứ mô tả việc: làm mà vật thể di chuyển với vận tốc tương tự trừ có lực bên ngồi tác động chống lại (lực gây thay đổi chuyển động) Vì vậy, vật nằm yên bàn chuyển động lực – sức đẩy bàn tay, trọng lực – tác động lên Tương tự vậy, vật di chuyển tốc độ, trừ tương tác với lực khác, chẳng hạn ma sát Định luật thứ hai ông chuyển động phải tính tốn cho lực tương tác Cùng chịu lực, vật có khối lượng nhỏ thu gia tốc lớn chuyển động nhanh Định luật thứ ba Newton gần với hành động tự nhiên, có phản ứng ngược lại Nếu vật A tác dụng vào vật B lực, vật B tác dụng lại vật A lực, có độ lớn theo hướng ngược lại Từ tất điều này, Newton suy tính định luật vạn vật hấp dẫn Ơng thấy hai vật di chuyển xa nhau, lực hấp dẫn chúng giảm (do lực hấp dẫn nghịch đảo với bình phương khoảng cách) Vì vậy, BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH khoảng cách hai vật tăng lên lần, lực hấp dẫn 1/4 so với lúc đầu (còn tăng lên lần lực hấp dẫn 1/9 lúc đầu) Các định luật giúp nhà khoa học hiểu thêm chuyển động hành tinh hệ Mặt Trời Mặt Trăng xung quanh Trái Đất 3, Một nhà khoa học không ngừng rèn luyện Khi sinh viên, Newton phải gián đoạn hai năm bệnh dịch hạch hoành hành buộc trường Đại học Trinity phải đóng cửa Ở nhà, ơng tiếp tục nghiên cứu thêm quang học, cách sử dụng lăng kính để tách ánh sáng trắng, trở thành người lập luận ánh sáng trắng hỗn hợp nhiều loại tia, thực thể Ông tiếp tục làm việc với ánh sáng màu sắc vài năm tới, cơng bố phát "Opticks" vào năm 1704 Gây trở ngại vấn đề với kính thiên văn vào thời điểm đó, ơng phát minh kính thiên văn phản xạ, mài gương tự chế tạo ống kính Tin tưởng vào gương thấu kính, kính thiên văn phản xạ cho thấy hình ảnh sắc nét so với kính thiên văn khúc xạ vào thời điểm Ngày nay, kỹ thuật đại làm giảm vấn đề gây thấu kính, kính thiên văn lớn Kính viễn vọng khơng gian James Webb sử dụng gương Là sinh viên, Newton cất cơng vào nghiên cứu tốn khó thời điểm Trong thời gian bị gián đoạn, ông tiếp tục nghiên cứu toán học, đặt tảng cho vi phân tích phân Ơng hợp nhiều kỹ thuật mà trước coi riêng biệt, chẳng hạn việc tìm kiếm diện tích, tiếp tuyến, độ dài đường cong Ông viết De Methodis Serierum et Fluxionum năm 1671, khơng tìm nhà xuất BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH CHƯƠNG LỰC HẤP DẪN ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN I LỰC HẤP DẪN 1, Khái niệm Mọi vật vũ trụ hút với lực gọi lực hấp dẫn Lực hấp dẫn lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian vật 2, Ý nghĩa Trong vật lý học, lực hấp dẫn lực hút vật chất có độ lớn tỷ lệ thuận với khối lượng chúng tỷ lệ nghịch với bình phương hai vật Lực hấp dẫn bốn lực tự nhiên theo mơ hình chuẩn chấp nhận rộng rãi vật lý đại, ba lực khác lực điện từ, lực hạt nhân yếu, lực hạt nhân mạnh Lực hấp dẫn lực yếu số lực đó, lại hoạt động khoảng cách xa thu hút Lực hấp dẫn khiến cho cành gãy rơi xuống mặt đất Lực điện từ tạo ánh sáng nhà bạn tia chớp bầu trời Lực hạt nhân nhẹ giúp cho tồn nguyên tử cấu thành vạn vật Và cuối cùng, lực hạt nhân nhẹ gây phân nguyên tử phóng xạ, giúp cho nhà máy điện hạt nhân hoạt động BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH Trong học cổ điển, lực hấp dẫn xuất ngoại lực tác động lên vật thể Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn chất không thời gian bị uốn cong diện khối lượng, ngoại lực Trong thuyết hấp dẫn lượng tử, hạt graviton cho hạt mang lực hấp dẫn Lực hấp dẫn Trái Đất tác động lên vật thể có khối lượng làm chúng rơi xuống đất Lực hấp dẫn giúp gắn kết vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời thiên thể khác; khơng có vật thể liên kết với sống biết tồn Lực hấp dẫn lực giữ Trái Đất hành tinh khác quỹ đạo chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng quỹ đạo quanh Trái Đất, hình thành thủy triều, nhiều tượng thiên nhiên khác mà quan sát (ảnh minh họa) 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 hai chất điểm tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng 2, Công thức Fhd =G m1 m r2 Fhd (N) : lực hấp dẫn m( kg): khối lượng r (m): khoảng cách hai vật số hấp G=6 , 67 10−11 (:Nhằng m2 /kg ) dẫn ý Áp dụng cho vật thông thường hai trường hợp: Khoảng cách hai vật lớn so với kích thước chúng Các vật đồng chất có dạng hình cầu 3, Biểu thức gia tốc rơi tự a) Trọng lực Trọng lực vật thể bề mặt hành tinh hay vật thể khác vũ trụ lực hấp dẫn mà hành tinh (hay vật thể khác) tác động lên b) Biểu thức tính gia tốc rơi tự do: Nếu xem Trái Đất cầu đồng tính lực hấp dẫn tác dụng lên vật có khối lượng m độ cao h ta có BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH Fhd =G mM ( R+h )2 Với G số hấp dẫn.(G = 6.67 x 10-11 m³/kg.s² ) M,R khối lượng bán kính Trái Đất. m,h khối lượng khoảng cách từ vật đến bề mặt đất Vì lực trọng lực nên ta có: P=mg Từ hai cơng thức ta dễ dàng có cơng thức tính gia tốc rơi tự độ cao h : g= GM ( R + h)2 c) Tính khối lượng thiên thể (ảnh minh họa) 10 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH R2 g M= G với R bán kính trái đất, có giá trị trung bình 6370km = 6,370.106m; g gia tốc trọng trường mặt đất lấy giá trị trung bình 9,8m/s2 vậy: Nhờ cơng thức lực hấp dẫn vũ trụ, ta tính khối lượng mặt trời Trái đất quay xung quanh mặt trời lực hấp dẫn mặt trời trái đất lực đóng vai trị lực hướng tâm: Trong M' khối lượng Mặt trời, R' khoảng cách từ đất đến mặt trời; quỹ đạo đất quay xung quanh Mặt trời coi quỹ đạo trịn (R' coi khơng đổi lấy khoảng cách trung bình từ đất đến Mặt trời) lực hướng tâm F r cho công thức: v vận tốc chuyển động đất quỹ đạo Vận tốc v đất có liên hệ với chu kì quay T nó: 11 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MƠN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH Ta có Từ suy khối lượng Mặt trời Tính cụ thể số ta tìm M ' = 2.1030kg III KẾT LUẬN Định luật vạn vật hấp dẫn để liên hệ với tượng thái dương hệ Newton đưa kết luận: ''Tất cả các thiên thể tất nhiên phải tuân theo định luật muôn vật có sức hút lẫn nhau, vậy, hai thiên thể có sức hút lẫn xoay quanh trọng điểm chung quỹ đạo gần giống nhau, đồng thời, xoay quanh nhau để vận hành'' Sau định luật ông ứng dụng rộng rãi ngành thiên văn học nghiên cứu vũ trụ 12 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 GVHD: NGÔ KHOA QUANGSVTH: BÙI VĂN LINH TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách Lương Duyên Bình, Giáo trình Vật lý đại cương (Tập 1) Tài liệu trang website https://loigiaihay.com/ly-thuyet-luc-hap-dan-dinh-luat-van-vat-hapdan-c61a7493.html https://vi.wikipedia.org/wiki/cơ_hoc_luong_tu https://baigiang.violet.vn/present/luc-hap-dan-lop-10-nang-cao204436.html https://khoahoc.tv/trong-luc-luc-hap-dan-va-nhung-dieu-chung-tavan-lam-tuong-49408 https://ltt-physics.violet.vn/document/show/entry_id/830206 13 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1