Trọng lực là gì? Công thức tính trọng lực (chi tiết nhất)

Bài viết Trọng lực là gì? Công thức tính trọng lực với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Trọng lực là gì? Công thức tính trọng lực.

Trọng lực là gì? Công thức tính trọng lực (chi tiết nhất)

1. Khái quát về trọng lực và các đại lượng liên quan

1.1. Khối lượng là gi?

Khối lượng là lượng chất đã tạo ra sản phẩm đó. Khối lượng là tính chất quan trọng của vật. Tất cả mọi vật đang có trên Trái đất đều xác định được khối lượng dù lớn hay nhỏ.

1.2. Lực là gì?

Lực là bất kỳ ảnh hưởng nòa làm cho một vật thể chịu sự thay đổi, hoặc làm ảnh hưởng đến chuyển động, hướng hay cấu trúc hình học của nó. Lưc là nguyên nhân khiến cho một vật có khối lượng thay đổi vận tôc của nó, tới chuyển động có gia tốc, làm biến dạng vật thể, hoặc cả hai. Hiểu đơn giản lực là đại lượng vecto đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác, tạo ra gia tốc cho vật hoặc làm vật biến dạng.

1.3. Lực hấp dẫn là gì?

Chắc hẳn ai trong chúng ta đều nghe đến câu chuyện quả táo rơi của nhà bá học Newton. Khi táo rung khỏi cành để rơi xuống đất thì ông đã thắc mắc tại sao quả táo không bay lên trời mà lại rơi xuống đất. Từ đó mà Newton phát hiện ra "Lực hấp dẫn". Quả táo rơi xuống đất là do trái đất hút quả táo một lực làm quả táo rơi xuống đất chứ không bay lên hay nói cách khác, lực hút trái đất làm biến đổi tốc độ của quả táo.

Từ đó mà ta có định nghĩa sau: Tất cả mọi vật có khối lượng đều hút nhau một lực. Lực hút này được gọi là lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là lực hút hai vật về phía nhau, lực làm cho các hành tinh quanh xung quanh mặt trời, lực làm cho quả táo rơi xuống đất. Một vật thể có khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn của nó càng mạnh.

1.4. Trọng lực là gì?

Trọng lực là lực hút của trái đất tác dụng lên một vật, có phương thẳng đứng và có chiều hướng về phía của trái đất. Trọng lực được xác định bằng cách tính khối lượng của vật với gia tốc tự do tại nơi đặt vật đó. Trọng lực sẽ có phương thẳng đứng và có chiều từ hướng về phía trái đất.

2. Công thức tính, đơn vị đo của trọng lực

2.1. Công thức tính trọng lực

Công thức tính trọng lực: P = m.g

Trong đó:

P là trọng lượng: độ lớn cả trọng lực tác dụng lên vật đó, đơn vị là Newton(N)

m là khối lượng của vật được tính bằng kg

g là gia tốc trọng trường của vật có đơn vị là $m/s^2$

Trọng trường là không gian mà trong đó các vật chịu sức hút của trái đất. Gia tốc trọng trường là gia tốc do lực hấp dẫn tác động lên một vật. Tại các điểm khác nhau trên Trái đất các vật có gia tốc nằm trong khoảng 9,78 và $9,83m/s^2.$

Khi sử dụng đơn vị là "m" gia tốc trọng trường trên bền mặt trái đất là $9,8m/s^2.$

Nếu dùng feet thì giá trị gia tốc trọng trường cần sử dụng là

$32,2f/s^2.$

2.2. Xác định khối lượng của một vật

Chúng ta cần tìm trọng lượng dựa trên khối lượng dựa trên khối lượng tức phải biết giá trị của khối lượng. Khối lượng là lượng chất có trong vật thể, được biểu hiện dưới dạng kg.

2.3. Xác định gia tốc trọng trường

Trên bề mặt trái đất, gia tốc g bằng $9,8m/s^2.$ Tùy thuộc vào vị trí trên Trái Đất mà gia tốc có trọng lực cũng có sự thay đổi

Gia tốc trọng trường trên mặt trăng sẽ khác với gia tốc trọng trường của trái đất. Gia tốc gây ra bởi trọng lực trên mặt trăng sẽ có giá trị khoảng $1.622m/s^2$ tức khoảng $\frac{1}{6}$ giá trị tương ứng trên trái đất.

Gia tốc trọng trường trên mặt trời cũng khác với gia tốc trọng trường của mặt trăng và trái đất. Trên mặt trời gia tốc gây ra bởi trọng lực sẽ có giá trị vào $274.0m/s^2$ gấp khoảng 28 lần trái đất. Vì thế bạn sẽ năng hơn 28 lần nếu bạn có thể tồn tại trên mặt trời.

3. Những đặc điểm của trọng lực

Trọng lực có:

- Phương thẳng đứng.

- Chiều hướng từ trên xuống dưới (hướng về phía Trái Đất).

Quả táo rơi từ trên cây xuống. Dưới tác dụng của trọng lực, quả táo rơi theo phương thẳng đứng, hướng xuống dưới

4. Kiến thức trọng lực mở rộng

- Theo Niu – tơn thì trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó. Độ lớn của trọng lực (tức trọng lượng) bằng:

$P=\frac{GM.m}{{\left(R+h\right)}^2}\left(1\right)$

Trong đó:

+ m là khối lượng của vật (kg)

+ M và R là khối lượng và bán kính của Trái Đất

+ h là độ cao của vật so với mặt đất (m)

Từ (1), ta tính được:

+ Gia tốc trọng trường độ cao h: $g=\frac{GM}{{\left(R+h\right)}^2}$

+ Gia tốc trọng trường ở gần mặt đất: (h << R):

$g=\frac{GM}{R^2}$

5. Ví dụ minh họa

Câu 1: Một vật có khối lượng 8 kg trượt xuống một mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc $2m/s^2.$ Lực gây ra gia tốc này bằng bao nhiêu? So sánh độ lớn của lực này với trọng lực của vật? Lấy $g=10m/s^2.$

Lời giải:

Lực làm vật dịch chuyển: F = ma = 8.2 = 16 N

Trọng lực tác dụng lên vật có độ lớn: P = 8.10 = 80 N

⇒ F < P

Câu 2: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 75 kg khi người đó ở

a. trên Trái Đất ( $g=9,8m/s^2$ ).

b. trên Mặt Trăng ( $g=1,7m/s^2$ ).

c. trên Kim tinh ( $g=8,7m/s^2$ ).

Lời giải:

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

6. Trong lực có phương và chiều như thế nào?

Trọng lực có:

Phương: thẳng đứng

Chiều: Hướng từ trên xuống dưới (hướng về phía trái đất)

Cường độ (Độ lớn): là trọng lượng của vật

7. Phân biệt trọng lực với trọng lượng

Để có thể phân biệt được trọng lực và trọng lượng ta dựa vào khái niệm của chúng để phân biệt

Trọng lực là lực hấp dẫn, là lực hút của trái đất lên một vật, dùng để chỉ các hiện tượng diễn ra xung quanh một vật có khối lượng, trọng lượng là lực do trọng lực

Trọng lượng là độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật do đó nó là một vecto trong khi trọng lực là một khái niệm. Tuy nhiên cường độ trường hấp dẫn tại một trường nhất định là một vecto, trong khi cường đọ trường hấp dẫn trên không gian là một trường

Để ghi nhớ nhanh ta có thẻ phân biệt 2 hai niệm dựa trên hai ý chính sau: trọng lực tác động lên vật và trọng lượng của vật

8. Vai trò của trọng lực đối với trái đất

Điều gì se xảy ra khi trọng lực hay lực hút của trái đất biến mất. Những người đang ở bên ngoài trái đất là chính chúng ta khi mất trọng lực sẽ bị thổi bay trong chớp mắt. Bầu khí quyển và tất cả nước trên trái đát bao gồm đại dương, biển, sông, hồ,.. được giữ bởi trọng lực trái đất nếu mất đi trọng lưc thì bầu khí quyển sẽ nhanh chóng trôi vào không gian. Cũng có nghĩa là chúng ta không có không khí để thở. Tóm lại mọi thứ trên trái đất sẽ bay vào không gian và không thể tồn tại được nữa. Như vậy cuộc sống con người, snh vật trên trái đất này không thể tồn tại được nếu thiếu trọng lực. Trọng lực vô cùng quan trọng đối với trái đất này.

9. Phương pháp giải

Cách xác định phương và chiều của trọng lực

Giả sử có một quả cân, ta có thể xác định phương và chiều của trọng lực tác dụng lên quả cân đó theo hai cách như sau:

Cách 1: Treo quả cân lên một sợi dây mềm (dây dọi), ta có phương của trọng lực trùng với phương của dây dọi (chính là phương thẳng đứng). Hai lực tác dụng lên vật khi đó là trọng lực và lực kéo của sợi dây. Hai lực đó cân bằng nhau, lực kéo có chiều từ dưới lên nên trọng lực có chiều từ trên xuống hướng về phía Trái Đất.

Cách 2: Thả quả cân ở một độ cao nào đó, ta thấy quả cân rơi từ trên xuống theo phương thẳng đứng. Khi đó quả cân chỉ chịu tác dụng của trọng lực. Vậy trọng lực có phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống hướng về phía Trái Đất.

10. Bài tập trọng lực lực

Câu 1: Một lít dầu có khối lượng 909 g. Hỏi 1 lượng dầu có trọng lượng 1 500 N sẽ đong được bao nhiêu lít dầu?

Hướng dẫn giải

Khối lượng của lượng dầu có trọng lượng 1 500 N là:

$P=10m\iff m=\frac{P}{10}=\frac{1500}{10}=150kg=150000g$

Một lượng dầu có khối lượng 150 000 g sẽ đong được số lít dầu là (gọi x là số lít dầu đong được):

$\frac{1}{909}=\frac{x}{150000}\iff x=\frac{150000.1}{909}\approx 165\left(lít\right)$

Câu 2: Biết gia tốc rơi tự do ở đỉnh và ở chân một ngọn núi lần lượt là 9,809 $m/s^2$ và 9,810 $m/s^2$ . Tỉ số trọng lượng của vật ở đỉnh núi và chân núi là

A. 0,9999.

B. 1,0001.

C. 9,8095.

D. 0,0005.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Tỉ số trọng lượng: $\frac{P_1}{P_2}=\frac{m{g}_1}{m{g}_2}=\frac{g_1}{g_2}=\frac{9,809}{9,810}=0,9999$

Câu 3: Tính trọng lượng của một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 80 kg khi người đó ở

a) trên Trái Đất (lấy $g_{TĐ}=9,80m/s^2$ ).

b) trên Mặt Trăng (lấy $g_{MT}=1,67m/s^2$ ).

c) trên Kim tinh (lấy $g_{KT}=8,70m/s^2$ ).

Lời giải:

a) $P=m.g_{TD}=80.9,8=784N.$

b) $P=m.g_{MT}=80.1,67=133,6N.$

c) $P=m.g_{KT}=80.8,70=696N.$

Câu 4: Đo trọng lượng của một vật trên Trái Đất, ta được $P_1=19,6N.$ Tính khối lượng của vật, biết gia tốc rơi tự do của vật trên mặt đất là $g_1=9,8m/s^2.$ Nếu đem vật lên Mặt Trăng có $g_2=1,67m/s^2$ và đo trọng lượng của nó thì được bao nhiêu?

Lời giải:

Trên Trái Đất khối lượng của vật là

$P_1=m{g}_1\Rightarrow m=P_1{g}_1=19,69,8=2kg$

Trọng lượng của vật khi lên Mặt Trăng là

$P_2=m{g}_2=2.1,67=3,34N$

Câu 5: Một chú khỉ diễn xiếc treo mình cân bằng trên dây thừng như Hình 17.3. Xác định lực căng xuất hiện trên các đoạn dây OA, OB. Biết chú khỉ có khối lượng 7 kg. Lấy $g=9,8m/s^2.$

Lời giải:

Trọng lượng của con khỉ: $P=mg=7.9,8=68,6N.$

Khi vật cân bằng: ${\overrightarrow{T}}_1+{\overrightarrow{T}}_2+\overrightarrow{P}=\overrightarrow{0}$

Các lực thành phần theo trục Oy cân bằng nhau:

$T_1.sin{18}^0+T_2.sin{26}^0–P=0\left(1\right)$

Các lực thành phần theo trục Ox cân bằng nhau:

$T_1.cos{18}^0=T_2.cos{26}^0\left(2\right)$

Từ (1) và (2) $\Rightarrow T_1=88,6N;T_2=93,9N$

Câu 6: Một ngọn đèn có khối lượng m = 1,2 kg được treo dưới trần nhà bằng một sợi dây. Biết dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là 10 N. Lấy $g=10m/s^2.$

a) Chứng minh rằng không thể treo ngọn đèn này vào một đầu dây.

b) Người ta đã treo đèn này bằng cách luồn sợi dây qua một cái móc của đèn và hai đầu dây được gắn chặt trên trần nhà (Hình 17.4). Hai đầu dây có chiều dài bằng nhau và hợp với nhau một góc bằng Tính lực căng của mỗi nửa sợi dây.

Lời giải:

a) Trọng lượng của ngọn đèn: P = 12 N. Khi treo ngọn đèn vào một đầu dây thì lực căng dây T = P = 12N (lớn hơn 10 N), nên không thể treo ngọn đèn này vào một đầu dây.

b) Khi đèn cân bằng, các lực tác dụng lên đèn được biểu diễn như hình dưới.

Từ hình vẽ, lực căng của mỗi nửa sợi dây là

$T=\frac{P}{2\cos {30}^o}=\frac{12}{2\cos {30}^o}=4\sqrt{3}\left(N\right)$

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Năng suất là gì? Công thức tính năng suất

• Khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng

• Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc

• Lực là gì? Công thức tính lực

• Cường độ là gì? Công thức tính cường độ

• Thấu kính là gì? Công thức tính thấu kính

---