Báo cáo khoa học lực hấp dẫn có ở khắp nơi trên trái đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ Đề tài: Lực hấp dẫn có ở khắp nơi trên Trái Đất? Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thái Thượng Lớp: Điện - Điện Tử 8 Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Chí Thắng Cần Thơ, ngày 22 tháng 10 năm 2014 Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Chí Thắng đã hướng dẫn em trong suốt quá trình học và nghiên cứu để viết bài báo cáo khoa học Mục lục: I. Khái niệm II. Vài trường hợp đặt biệt 1.Ngôi nhà ma 2. Đồi ma Spook Hill III Lý giải hiện tượng mất tích trọng lực. Lời nói đầu: Trái Đất cho ta sự sống với muôn màu muôn vẻ và sự sáng tạo của con người. Từ đó ta có thể nhận thức được những điều thú vị ẩn chứa bên trong Trái Đất mà con người chúng ta đã và đang tìm hiểu về nó trong bao thế kỉ qua. Với những sự vật, hiện tượng diễn ra rất bình thường chúng ta nghỉ chúng rất đơn giản nhưng bên trong nó còn nhiều điều bí ẩn mà chúng ta cần phải tìm hiểu về nó. Ví dụ: "Thác nước chảy từ trên cao xuống"." Con người có thể đứng trên mặt đất". "Thủy triều lên" vv Vì sao lại có thể như vậy? Các nhà khoa học đã chứng minh rằng đó là do lực hút của Trái Đất (hay lực hấp dẫn) tạo ra. Vậy một số câu hỏi dăt ra: "Lực hấp dẫn có phải ở tất cả mọi nơi không?". "Lực hấp dẫn có tồn tại mãi không?" vv Vậy cúng ta tìm hiểu thêm một lần nữa về lực hấp dẫn I. Khái niệm Lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất và có độ lớn tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách của hai vật. Hình 1 Ví dụ: Nếu bạn nghiêng người về trước quá nhiều thì bạn sẽ bị ngã. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong số các lực đó, nhưng lại có thể hoạt động ở khoảng cách xa và luôn thu hút.Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác động lên vật thể. Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn là bản chất của không thời gian bị uốn cong bởi sự hiện diện của khối lượng, và không phải là một ngoại lực. Trong thuyết hấp dẫn lượng tử, hạt graviton được cho là hạt mang lực hấp dẫn.Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên các vật thể có khối lượng và làm chúng rơi xuống đất. Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác; nếu không có nó các vật thể sẽ không thể liên kết với nhau và cuộc sống như chúng ta biết hiện nay sẽ không thể tồn tại. Lực hấp dẫn cũng là lực giữ Trái Đất và các hành tinh khác ở trên quỹ đạo của chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất, sự hình thành thủy triều, và nhiều hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được.Trường hấp dẫnViệc một vật chịu lực hút từ vật khác có thể được xem rằng vật này nằm trong một môi trường đặc biệt tạo ra bởi vật kia, gọi là trường hấp dẫn. Như vậy, trường hấp dẫn có thể được định nghĩa như là một trường lực truyền tương tác giữa các vật thể có khối lượng. Trường hấp dẫn của Trái Đất do khối lượng của Trái Đất tác động lên các vật thể ở gần bề mặt của nó được gọi là trọng trường. Mọi vật có khối lượng sinh ra quanh chúng trường hấp dẫn và trường này gây ra lực hấp dẫn tác động lên các vật có khối lượng khác đặt trong nó. Cường độ trường hấp dẫn của Trái Đất tại một điểm chính là gia tốc rơi tự do tại điểm đó. Hình ảnh hai chiều về sự biến dạng của không thời gian. Sự tồn tại của vật chất làm biến đổi hình dáng của không thời gian, sự cong của nó có thể được coi là hấp dẫn. Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên theo mô hình chuẩn được chấp nhận rộng rãi trong vật lý hiện đại ba lực cơ bản khác là lực điện từ, lực hạt nhân yếu, và lực hạt nhân mạnh. II Vài trường hợp đặt biệt 1.Ngôi nhà ma Mystery Spot (thành phố Santa Cruz, California, Mỹ) là một địa danh du lịch vô cùng kỳ lạ trên thế giới. Một nơi mà lực hấp dẫn dường như không hề tồn tại. Tại đây nước chảy ngược lên, xe hơi và bóng lăn ngược lên dốc, con người có thể nghiêng về phía trước 45 độ mà không ngã, Hình 2 Theo chia sẻ của chủ sở hữu khu đất, những hiện tượng kỳ lạ ở Mystery Spot được phát hiện vào năm 1939. Khi đó, nơi đây dự định được quy hoạch thành trang trại nghỉ hè. Thế nhưng các nhà khảo sát địa điểm này đã nhận thấy các thiết bị của mình hoạt động mất ổn định, còn những người đứng ở vị trí này cho rằng dường như có một lực bí ẩn nào đó đang cố gắng làm cho họ bị mất thăng bằng, và khiến họ cảm thấy choáng váng. Với rất nhiều hiện tượng kỳ lạ được phát hiện, chủ khu đất cuối cùng cũng từ bỏ dự định xây khu nghỉ dưỡng. Thay vào đó, họ quyết định xây dựng khu đất trở thành một điểm du lịch khám phá những hiện tượng kỳ bí vào năm 1941. Điểm du lịch này chỉ bao gồm một ngôi nhà thô sơ với diện tích chỉ 14 mét vuông, nằm ở bên sườn đồi. Khi đến thăm địa điểm này, họ sẽ được chứng kiến những hình ảnh mà không thể tin nổi, khi mà các quy luật về trọng lực dường như không còn tác dụng: những quả bóng lăn ngược lên dốc, sợi chỉ treo gần như song song với sàn nhà, con người có thể đứng nghiêng về phía trước 45 độ mà không bị ngã, thậm chí nhiều người còn cảm thấy mất thăng bẳng khi cố gắng đứng thẳng giữa bốn bức tường của căn nhà Để giải đáp những thách thức với khoa học tại Mystery Spot, rất nhiều giả thuyết đã được đưa ra. Trong đó, giả thuyết thú vị và li kì nhất là bên dưới khu đất có một hệ thống bãi đáp dành cho đĩa bay của người ngoài hành tinh, và chính người ngoài hành tinh đã bóp méo sự tác động của lực hấp dẫn ở vùng này. Giả thuyết này ngay lập tức khiến dư luận dậy sóng, các khoa học gia thì ném đá trong khi những người ủng hộ thuyết UFO lại tán thành. Trong khi đó nhiều nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng căn nhà đang nằm trong một vùng điện từ mạnh, còn một vài người khác lại cho rằng có những lực địa chất khác thường vẫn chưa rõ tồn tại bên dưới lòng đất ở đây Mọi tranh cãi chỉ nguội đi vào năm 1981, khi Ray Hyman, nhà tâm lý học về những hiện tượng phi thường, đưa ra lời giải thích rất thuyết phục rằng: căn nhà thực sự được xây theo lối kiến trúc nhà cười, nằm ở những bề mặt không ngang bằng, góc nhà không được xây vuông trong khi những bức tường không được xây thẳng. Hình 3 Theo Hyman, những kiến trúc xây dựng những căn nhà cười đã làm sai lệch các hình chiếu của hình ảnh và tạo ra hàng loạt những ảo ảnh quang học làm cho lực hấp dẫn trông như một trò đùa, và Mystery Spot được tin rằng là một trong những kiến trúc như thế. Hyman cho rằng lúc con người ở lâu trong không gian đó, bộ não của chúng ta đang cố định hướng, sử dụng các phương thẳng và phương ngang để nhận biết cái gì lên và cái gì xuống. Lúc không có đường ngang để tham chiếu, não chúng ta đã phạm sai lầm. Và lúc cơ thể chúng ta được đặt vào một góc nào đó như ở sườn đồi Mystery Spot, những ảo tưởng kỳ quặc sẽ càng được tăng lên. Giả thuyết này nhanh chóng gây được tiếng vang lớn và được sự ủng hộ rộng rãi của giới khoa học. Hàng loạt các bằng chứng tiếp theo được đưa ra đã chứng minh cho giả thuyết của Hyman. Sau nhiều cuộc tranh cãi, kết quả sau cùng đã được đưa ra là không có bất kỳ sự bẻ cong trọng lực nào ở Mystery Spot, tất cả chỉ sự đánh lừa thị giác. Newton cuối cùng vẫn có thể mỉm cười vì vạn vật vẫn chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Hình 4 Sau khi những lời giải thích hợp lý được đưa ra, lượng khách đến Mystery Spot không những không giảm mà còn tăng đáng kể. Bởi có hay không sự bẻ cong trọng lực, điều đó không quan trọng với du khách. Điều quan trọng là bộ não đã bị đánh lừa một cách hoàn hảo, và bạn vẫn cảm thấy vô cùng thú vị khi đến với địa danh này. 2. Đồi ma Spook Hill Đồi trọng lực đã thu hút hàng ngàn người đến thăm quan mỗi năm từ nhiều thập kỷ trước. Các tờ báo đều giật tít trang nhất mỗi khi có một ngọn đồi như vậy được phát hiện, và nếu bạn gõ từ khóa "Gravity Hill" lên Google hay Youtube, bạn sẽ có được hàng ngàn kết quả khác nhau.Đồi trọng lực - những địa điểm "quái thai" trên trái đất Một trong những ngọn đồi trọng lực nổi tiếng nhất nằm gần Vực Địa Ngục, tại biên giới hai bang Oregon và Idaho, Mỹ . Nếu bạn lái một chiếc xe ô tô lên một con dốc nhỏ rồi dừng lại, thả phanh và tắt động cơ, bạn sẽ giật mình khi thấy chiếc xe tự động di chuyển tiếp lên dốc tới vài mét rồi dừng lại . Tại một số địa điểm khác trên thế giới, hiện tượng quái lạ này cũng xảy ra, ví dụ như ở Moncton và Burlington tại Canada, Aston Clinton và Ayrshire tại Anh, Braga tại Bồ Đào Nha, Los Banos tại Philippin, hay điển hình là Đồi Nam Châm tại Leh, Ladakh thuộc Ấn Độ. III Lý giải hiện tượng mất tích trọng lực. Trong hơn 40 năm qua, các nhà khoa học đã không ngừng nỗ lực để tìm ra những gì làm phần lớn lãnh thổ Canada, đặc biệt là khu vực vịnh Hudson, xảy ra hiện tượng "mất tích" lực hấp dẫn. Nói cách khác, lực hấp dẫn trong khu vực vịnh Hudson và khu vực xung quanh thấp hơn các nơi khác trên thế giới. Hiện tượng này đầu tiên được phát hiện trong những năm 1960 khi bản đồ trường lực hấp dẫn của Trái đất được lập. Cho tới nay tồn tại hai lý thuyết giải thích cho sự bất thường này. Nhưng trước khi đề cập đến chúng, hãy xét tới những gì tạo ra lực hấp dẫn. Về cơ bản, trọng lực tỷ lệ thuận với khối lượng. Vì vậy, khi khối lượng của một khu vực nào đó nhỏ hơn, trọng lực ở nơi đó cũng nhỏ hơn. Lực hấp dẫn có thể khác nhau ở các phần khác nhau của Trái Đất. Mặc dù nhiều người nghĩ Trái đất tròn nhưng Trái đất thực sự phình ra ở xích đạo và hơi phẳng ở các cực do tác động tự quay của nó. Khối lượng của Trái Đất cũng không hề phân bổ đều, mà khác nhau đôi chút tùy vị trí. Vì vậy, các nhà khoa học đã đề xuất hai lý thuyết để giải thích làm thế nào khối lượng của khu vực vịnh Hudson giảm đi làm cho lực hấp dẫn ở đó thấp hơn. Lý thuyết đầu tiên dựa trên một quá trình được gọi là đối lưu xảy ra trong lớp vỏ của trái đất. Lớp phủ là một lớp đá nóng chảy gọi là magma và tồn tại ở độ sâu (100 đến 200 km) bên dưới bề mặt của Trái đất. Magma rất nóng và di chuyển liên tục, trồi lên rồi sụt xuống, và tạo ra dòng đối lưu. Đối lưu kéo các mảng lục địa của trái đất xuống, làm giảm khối lượng ở khu vực đó và làm giảm trọng lực. Bên cạnh đó có một lý thuyết mới hơn giải thích cho “hiện tượng mất tích” ở khu vực vịnh Hudson liên quan đến dải băng Laurentide, bao phủ phần lớn diện tích ngày nay của Canada và phía bắc Hoa Kỳ. Dải băng này dày gần 3,2 km ở hầu hết các phía, còn ở trong khu vực vịnh Hudson, độ dày là 3,7 km. Trong khoảng thời gian 10.000 năm, lớp băng Laurentide tan chảy hết và để lại một vết lõm sâu trong lòng Trái Đất. Để dễ hình dung hơn về những gì đã xảy ra, hãy tưởng tượng khi bạn ấn nhẹ ngón tay của bạn lên bề mặt của một chiếc bánh mì. Lớp vỏ bánh sẽ bị thụt xuống chút ít nhưng khi bạn bỏ ngón tay ra, chiếc bánh sẽ lại trở lại trạng thái bình thường. Điều tương tự cũng xảy ra với dải băng Laurentide trong giả thuyết này ngoại trừ một điều Trái đất phục hồi trở lại rất chậm (ít hơn nửa inch mỗi năm). Trong khi đó, khu vực xung quanh vịnh Hudson có khối lượng thấp hơn các khu vực khác bởi vì lớp đất đá bên dưới đã bị đẩy sang hai bên dải băng. Khối lượng ít hơn đồng nghĩa với lực hấp dẫn nhỏ hơn. Vậy giả thuyết nào chính xác? Dường như cả hai đều đúng. Đối lưu và hiệu ứng phục hồi của băng đều gây ra hiện tượng suy giảm trọng lực xung quanh vịnh Hudson. Trước tiên, chúng ta hãy xem xét lý thuyết dải băng. Để tính toán ảnh hưởng của dải băng Laurentide, các nhà khoa học tại Trung tâm vật lý học thiên thể Harvard-Smithsonian sử dụng dữ liệu được thu thập bởi vệ tinh GRACE trong khoảng thời gian từ giữa tháng 4 năm 2002 đến tháng 4 năm 2006. Các vệ tinh GRACE là những cỗ máy rất tinh vi, quay quanh quỹ đạo khoảng 500 km phía trên trái đất. Các vệ tinh có thể đo khoảng cách tới kích thước micron, vì vậy chúng có thể phát hiện ra những biến đổi về trọng lực dù chỉ rất nhỏ. Khi vệ tinh dẫn đường bay trên khu vực vịnh Hudson, trọng lực yếu làm vệ tinh này di chuyển xa hơn so với trái đất và với các vệ tinh đồng hành cùng nó. Sự thay đổi trong khoảng cách này được phát hiện bởi các vệ tinh và được sử dụng để tính toán sự thay đổi trong trọng lực. Bất kỳ sự thay đổi nào được ghi nhận đều được sử dụng để tạo ra bản đồ trường hấp dẫn. Dữ liệu từ GRACE cho phép các nhà khoa học tạo ra bản đồ địa hình miêu tả vịnh Hudson trong thời kỳ băng hà cuối cùng, khi khu vịnh vẫn còn được bao phủ bởi khối băng Laurentide. Những bản đồ này đã tiết lộ một số điều khá thú vị về khu vực, ví dụ như phía tây và phía đông của vịnh Hudson “phồng lên” hơn hẳn vì lớp băng ở 2 khu vực này dày hơn nhiều so với phần còn lại. Trọng lực cũng thấp hơn so với các nơi khác trong vịnh. Một phát hiện quan trọng khác cũng được khám phá từ dữ liệu của GRACE: Hóa ra giả thuyết về dải băng chỉ giải thích cho 25% đến 45% sự biến đổi hấp dẫn xung quanh vịnh Hudson. Loại trừ đi "hiệu ứng phục hồi", các nhà khoa học đã xác định rằng 55% đến 75% còn lại là do hiện tượng đối lưu. Khu vực vịnh Hudson được cho là nơi có trọng lực thấp trong một thời gian dài nữa. Người ta ước tính rằng Trái đất cần phục hồi hơn 650 feet để trở lại vị trí ban đầu của nó, quá trình này mất khoảng 5.000 năm. Tuy nhiên, hiệu ứng phục hồi có thể dễ dàng thấy rõ. Mặc dù mực nước biển đang lên cao trên toàn thế giới, mực nước biển tại bờ biển của vịnh Hudson lại giảm đi bởi đất đá tiếp tục hồi phục do trọng lượng của dải băng Laurentide. Trong khi bí ẩn xung quanh lực hấp dẫn trên lãnh thổ Canada đã được hé lộ, nghiên cứu trên còn đem lại ý nghĩa to lớn hơn thế. Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu tại Trung tâm Harvard -Smithsonian đã thực sự ngạc nhiên khi họ có thể thấy hình ảnh của Trái đất 20.000 năm trước đây. Loại bỏ ảnh hưởng của hiệu ứng hồi phục, các nhà nghiên cứu đã hiểu rõ hơn về cách đối lưu ảnh hưởng đến trọng lực và các châu lục thay đổi theo thời gian như thế nào. Cuối cùng, hệ thống vệ tinh GRACE đã cung cấp cho các nhà khoa học dữ liệu về rất nhiều tảng băng và sông băng trên thế giới. Bằng cách khám phá biến đổi khí hậu diễn ra từ hàng ngàn năm trước, họ đã nắm rõ hơn về sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng ảnh hưởng như thế nào đến hành tinh của chúng ta ngày hôm nay và những tác động trong trong tương lai để giúp con người có thể chủ động đưa ra các giải pháp phù hợp. IV. Kết luận. Vậy một lần nữa chúng ta khẳng định rằng lực hấp dẫn tồn tại ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, không những là bên trong Trái Đất mà còn tồn tại bên ngoài vũ trụ. Lực hấp dẫn giúp giữ các quỹ đạo của các hành tinh trong hệ Mặt Trời không bị lệch khỏi vị trí của nó Và cũng chứng minh rằng Định luật Newton về lực hấp dẫn là luôn đúng. . rằng đó là do lực hút của Trái Đất (hay lực hấp dẫn) tạo ra. Vậy một số câu hỏi dăt ra: " ;Lực hấp dẫn có phải ở tất cả mọi nơi không?". " ;Lực hấp dẫn có tồn tại mãi không?" vv. hạt mang lực hấp dẫn .Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên các vật thể có khối lượng và làm chúng rơi xuống đất. Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời. lần nữa chúng ta khẳng định rằng lực hấp dẫn tồn tại ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, không những là bên trong Trái Đất mà còn tồn tại bên ngoài vũ trụ. Lực hấp dẫn giúp giữ các quỹ đạo của các