Trong việc du hành vũ trụ các hiệu ứng tăng, giảm và không trọng lượng thể hiện rất rõ và gây không ít phiền toán cho các nhà du hành vũ trụ. Tình trạng này xuất hiện do trọng lực Trái đất tác động lên (không còn có lực nào khác như lực đàn hồi, ma sát của môi trường) khi con tàu vũ trụ chuyển động trong không gian. Ví dụ khi con tàu vũ trụ xuất phát nó có thể tăng tốc với gia tốc rất lớn, gấp 10 lần gia tốc rơi tự do....
h a n g e Vi e w N y bu to Chú ý: Trong sách giáo khoa phổ thông người ta quan niệm lượng trọng lực phân biệt hệ phi quán tính (xem thêm giảng hệ phi quán tính) Chuyển động trường hấp dẫn Trái đất a) Xét vật đứng yên cách mặt đất độ cao h Khi Trái đất tác dụng vào vật lực: Mm F=G (R + h) Vì R >> h nên coi F =G Mm R2 Lực truyền cho vật gia tốc F M =G m R 6.67.10 −11.6.10 24 = = 9,8m / s (6,4.10 ) g= Gia tốc không phụ thuộc vào khối lượng vật Lực tác dụng hướng tâm Trái đất Vì vậy, điều kiện khơng có lực khác xuất (sức cản khơng khí), tức rơi chân khơng, hay rơi tự do lực hấp dẫn Trái đất tác dụng lên vật, vật có gia tốc rơi 9,8m/s2 Gia tốc gọi gia tốc rơi tự hay gia tốc trọng trường vật -Vật tác dụng lại Trái đất phản lực : F =G Lực gây cho Trái đất gia tốc :a = Mm R2 F Gm = M R Giả sử vật có khối lượng 1kg a= 6,67.10 −11 (6,4.10 ) = 1,6.10 − 22 m / s Gia tốc thật vô bé nên Trái đất không nhúc nhích! b) Xét trường hợp vật ném xiên: Trong sách Giáo khoa Vật lý lớp 10 mô tả quĩ đạo vật ném ngang, ném xiên đường Parabol Thực tế - Xét lại toán vật gồm Trái đất (khối lượng M) vật (khối lượng m) ta bảng kết luận sau (chú ý m R - Như vật ném xiên với vận tốc nhỏ quĩ đạo vật elip dẹt (ve < vT ( a < R) Nhưng khoảng hẹp Trái đất đoạn elip gần điểm cận nhật hay viễn nhật trùng với đường parabol Vì người ta coi quĩ đạo vật ném lên parabol Ta phải phân biệt với vận tốc parabol vận tốc vũ trụ cấp Trái đất Dưới họ đường cong tác dụng lực hấp dẫn Trái đất (coi chất điểm D) vật có vận tốc vo S Hình 31 c) Vận tốc vũ trụ cấp I - Vệ tinh địa tĩnh: Để vật chuyển động trịn quanh Trái đất, giả sử độ cao h, h 7,9km/s song song với mặt đất vệ tinh có quĩ đạo elip mà tiêu điểm tâm Trái đất v tăng viễn điểm xa Trái đất Đó trường hợp phóng vũ trụ lên Mặt trăng hành tinh khác Chú ý chuyển động quĩ đạo khép kín tồn phần vệ tinh khơng đổi, phụ thuộc bán kính quĩ đạo, khơng phụ thuộc tâm sai Vì vệ tinh thay đổi quĩ đạo để vào hành tinh khác hạ cánh - Khi vật có vận tốc vo = vp tức vo = 2V I = 11,2km/s tức vật đạt tới vận tốc vũ trụ cấp hai Trái đất Khi vật khỏi sức hút Trái đất trở thành vệ tinh nhân tạo Mặt trời - Muốn thoát ly khỏi hệ Mặt trời vật phải đạt vận tốc giới hạn: 16,6km/s ≤ vo ≤ 72,8km/s, tùy theo cách phóng vật Vận tốc vũ trụ cấp ba Trái đất coi vận tốc v=16,6km/s Chú ý tính tốn làm hệ địa tâm (có gốc tâm Trái đất) Vì Trái đất quay nên điểm nào, dù đứng yên Trái đất có sẵn vận tốc hệ, phụ thuộc vào vĩ độ Vì phóng người ta hay chọn vĩ độ thích hợp để tận dụng vận tốc Trái đất Thường xích đạo, theo chiều tự quay Trái đất Chẳng hạn Mỹ tên lửa phóng từ mũi Canaveral theo hướng đông để lợi thêm tốc độ 1500km/giờ (Trung tâm vũ trụ kennedy) Du hành vũ trụ thành tựu vĩ đại người cơng chinh phục tự nhiên Bằng cách người không ngồi chỗ Trái đất để đốn mị thiên thể mà bay đến tận nơi để quan sát, nghiên cứu Con người đổ lên Mặt trăng Các tàu vũ trụ đến Hỏa, Kim, Thủy, Mộc … Mặt trời, chí cịn khỏi Mặt trời w d o m 6,67.10 −11.6.10 24 6,4.10 ≈ 7,9 km / s Một vật phóng lên song song với mặt đất với vận tốc 7,9km/s chuyển động trịn quanh Trái đất trở thành vệ tinh nhân tạo Trái đất Vận tốc gọi vận tốc vũ trụ cấp Trái đất Thực tế vệ tinh nhân tạo thường phóng độ cao lớn (trên 100km) để tránh ma sát lớp khí dày đặc sát mặt đất Mặc dù ảnh hưởng đến vệ tinh nên việc phóng vệ tinh việc dễ dàng Vệ tinh nhân tạo trở thành vật phổ biến hữu dụng Đặc biệt thông tin liên lạc người ta thường sử dụng loại vệ tinh địa tĩnh vệ tinh có vận tốc góc vận tốc góc Trái đất ( Như vệ tinh quay đồng hành với Trái đất nên lơ lửng điểm cố định Trái đất Nó làm vật phản xạ sóng vơ tuyến thơng tin liên lạc truyền từ nơi đến nơi khác Trái đất Để có vận tốc góc Trái đất ω = 7.2.10-5 rad/s vệ tinh phải độ cao 36.000km so với mặt đất (sinh viên tự tính) vI = o c lic k c u -tr a c k C m o d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k c h a n g e Vi e w N y bu to THIÊN CẦU ( NHẬT ĐỘNG) I THIÊN CẦU Khi đứng Trái đất nhìn lên bầu trời ta thấy bầu trời mặt cầu lớn có gắn thiên thể Vì để xác định vị trí thiên thể bầu trời ta lợi dụng mặt cầu gọi thiên cầu Định nghĩa Thiên cầu: Thiên cầu mặt cầu tưởng tượng có tâm nơi ta quan sát, có bán kính vơ lớn thiên thể phân bố mặt cầu Đặc điểm thiên cầu: Vì lấy bán kính thiên cầu vơ lớn nên bán kính Trái đất nhỏ so với bán kính thiên cầu Vậy nên ta coi điểm Trái đất tâm thiên cầu Và điểm thiên cầu nhìn thấy từ điểm khác Trái đất theo đường song song Tính chất thiên cầu: - Mặt phẳng chứa tâm thiên cầu cắt thiên cầu theo vòng tròn lớn (vòng qua F, G) - Qua điểm không đối tâm thiên cầu vẽ vịng trịn lớn (vịng qua A, B) - Qua điểm đối tâm vẽ vơ số vịng trịn lớn (qua C, D) - Những mặt phẳng không qua tâm cắt mặt thiên cầu thành vịng trịn nhỏ (r