Cập nhật công thức tính trọng lực chuẩn nhất | Lý thuyết về trọng lực

Công thức tính trọng lực chi tiết thế nào, có ý nghĩa gì đều được giải đáp chi tiết. Bạn hãy nắm vững lý thuyết được cung cấp và tham khảo bài tập minh hoạ để hiểu bản chất của khái niệm này.

Khái niệm công thức tính trọng lực là gì chuẩn nhất

Công thức trọng lực biểu thị mối quan hệ giữa khối lượng của một vật với gia tốc trọng trường của vật đó. Thông qua kết quả, bạn có thể biết được trọng lực P tác động lên một vật có khối lượng m trong điều kiện có gia tốc g bằng bao nhiêu.

Một khái niệm khác cũng thường được dùng để chỉ công thức này là dựa trên phương hướng với lực biểu thị dưới dạng vectơ.

Trọng lực của một vật được xác định là hợp lực của lực hấp dẫn F(hd) mà Trái Đất tác dụng lên cộng với lực quán tính ly tâm F(q) gây ra bởi chuyển động quay quanh trục từ Trái Đất.

Với định nghĩa này có thể hiểu, trọng lực có phương thẳng đứng hướng từ trên xuống dưới với cường độ được tính dựa trên trọng lượng của vật.

Từ những định nghĩa trên có thể xác định dạng của công thức tính như sau:

• P = m.g (Được sử dụng phổ biến nhất) với m là khối lượng của vật (kg) và g là gia tốc trọng trường (m/s2). Thông thường, đề bài tập vật lý sẽ quy định luôn g = 9.81 m/s2 để học sinh áp dụng tính toán nhanh. Đơn vị của P là Newton (N).
• F =  F(hd) + F(q) (Công thức này ít dùng)

Lý thuyết mở rộng của công thức trọng lực

Trọng lực vốn là một lực tự nhiên tồn tại ở trong vũ trụ, tác động lên mỗi vật là khác nhau dựa trên khối lượng vốn có. Lực này tác động xuống mặt đất nên những vật tồn tại trên bề mặt Trái Đất đều chịu ảnh hưởng.

Mối liên hệ giữa các thành phần

Thế nên, trọng lực bằng bao nhiêu sẽ phải dựa trên khối lượng vật, gia tốc trọng trường và khoảng cách từ tâm Trái Đất đến bề mặt.

Vật càng nặng thì trọng lực tác động lên vật càng lớn trong điều kiện g không đổi. Nghĩa là P sẽ tỉ lệ thuận với m.

Định luật Newton về luật hấp dẫn

Nhà vật lý học Newton cũng có những phát biểu về trọng lực và xây dựng công thức phức tạp hơn. Theo ông, trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên một vật được hiểu là lực hấp dẫn giữa vật và Trái Đất.

Lúc này trọng lực được tính là P = GM.m/(R+h)^2 với M là khối lượng Trái Đất, m là khối lượng vật, R là bán kính Trái Đất, h là độ cao từ mặt đất tới vật.

Suy ngược lại từ công thức này có thể biết được g = GM/(R+h)^2 rất hữu ích trong các bài tập cần tính gia tốc trọng trường chính xác.

Trong trường hợp h rất nhỏ so với R nghĩa là vật nằm ở gần mặt đất thì có thể rút gọn công thức thành g = GM/R^2.

Xác định gia tốc trọng trường

Gia tốc trọng trường sẽ khác biệt khi đặt vật ở vị trí địa lý khác nhau. Càng gần về hai cực thì g càng nhỏ và càng gần xích đạo g càng lớn do sự phẳng của mặt đất.

Với yếu tố trọng tâm, dù không thể hiện trong công thức tính trọng lực nhưng lại tác động đến việc xác định các yếu tố tính toán. P sẽ càng nhỏ khi vật càng ở xa tâm và càng lớn khi càng ở gần tâm.

Việc quan tâm đến đơn vị cũng rất quan trọng, nếu dùng m/s2 thì g =9.81m/s2 còn dùng feet thì g = 32.2 f/s2.

Ứng dụng của công thức tính trọng lực trong vật lý, đời sống

Về mặt vật lý, trọng lực có vai trò quan trọng trong việc xác định quy luật chuyển động. Thông qua công thức có thể xác định được trọng lượng vật đó và ngược lại.

Lực đẩy, lực hấp dẫn, lực ma sát cũng đều có sự liên quan đến trọng lực để tính toán tác động của Trái Đất lên vật hay các vật lên nhau.

Trong thực tế, trọng lực có ý nghĩa với quá trình giải thích các hiện tượng rơi tự do. Thông qua việc xác định rõ P bằng bao nhiêu có thể tính toán được khi vật rơi sẽ tạo ra một lực như thế nào để có phương án đối phó.

Chẳng hạn việc thả rơi một hòn đá nặng 1kg với một hòn đá nặng 5kg sẽ khác biệt.

Ứng dụng này rất phổ biến trong công tác cứu người hay vận chuyển đồ vật.

Ngoài ra, công thức trọng lực còn được dùng để tính toán cấu trúc xây dựng, thiết kế nội thất. Lĩnh vực sản xuất cơ khí, lắp ráp máy bay hay phương tiện di chuyển cùng cần biết đến lý thuyết này.

Thể thao và y tế cũng là hai ngành cần biết đến khái niệm trọng lực để ứng dụng. Ví dụ với vận động viên bơi lội, xác định P giúp cải thiện hiệu suất, kỹ thuật khi rèn luyện.

Hay với y học, trọng lực chính là yếu tố quan trọng để điều chỉnh tư thế ngồi, đứng, di chuyển trong phương pháp vật lý trị liệu, phục hồi chức năng.

Bài tập minh hoạ về tính trọng lực và lời giải cụ thể

Đề 1: Tính trọng lực của nhà du hành vũ trụ khi người này ở trên Mặt Trăng, biết khối lượng bằng 70kg và gia tốc trọng trường là 1.7m/s2.

=> Cách giải:

Áp dụng công thức tính trọng lực ta có P = m x g = 70 x 1.7 = 119 N.

Đề 2: Một vật có khối lượng bằng 10kg được đặt trên mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc a bằng 3 m/s2. Lấy gia tốc trọng trường bằng 9.81 m/s2, hãy tính lực gây ra gia tốc a khi vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng và so sánh với trọng lực.

=> Cách giải:

Công thức tính lực F làm vật dịch chuyển là F = m x a = 10. 3 = 30 N.

Trọng lực tác dụng lên vật được tính bằng P = m x g = 10 x 9.81 = 98.1 N.

Vậy P > F.

Kết luận

Công thức tính trọng lực mang tới kiến thức quan trọng về lực hút, lực hấp dẫn và cả hiểu biết về sự rơi tự do trên Trái Đất. Hy vọng với chia sẻ này, website Congthucvatly.org sẽ giúp bạn thêm yêu bộ môn vật lý thú vị.