Định Luật Vạn Vật Hấp Dẫn Newton

Mọi vật có khối lượng đều hút mọi vật có khối lượng khác — một quả táo rơi xuống Trái Đất vì cùng lý do Mặt Trăng ở lại quỹ đạo quanh nó. Lực hút yếu đi rất nhanh theo khoảng cách: xa gấp đôi nghĩa là lực chỉ còn một phần tư.

Công thức

F = G · M · m / r²

• F — lực (N): lực hấp dẫn giữa hai vật
• G — hằng số hấp dẫn (N·m²/kg²): một số cố định rất nhỏ xác định độ mạnh của trọng lực ở mọi nơi
• M — khối lượng một (kg): khối lượng của vật thứ nhất, như một hành tinh
• m — khối lượng hai (kg): khối lượng của vật thứ hai, như một vệ tinh
• r — khoảng cách (m): khoảng cách giữa tâm của hai vật

Ví dụ đã giải

Một hành tinh hút một vệ tinh 1 kg. Đối với hành tinh này, G nhân M cho ra một số đơn giản là 40 trong đơn vị của chúng ta, và vệ tinh quay ở khoảng cách 2 mét. Lực hấp dẫn là bao nhiêu?

• G · M = 40 N·m²/kg
• m = 1 kg
• r = 2 m

1. F = (G · M) · m / r²
2. F = 40 · 1 / 2² = 40 · 1 / 4

F = 10 N

Tự kiểm tra

Bạn thấy điều này ở đâu

Mặt Trăng nằm trong quỹ đạo và một quả táo rơi từ trên cây là cùng một lực ở hai khoảng cách khác nhau — cái nhìn sâu sắc của Newton là chúng hoàn toàn không phải các hiện tượng riêng biệt. Các vệ tinh, Trạm Vũ trụ Quốc tế, và mỗi hành tinh quỹ đạo xung quanh Mặt Trời đều nằm trong quỹ đạo vì lực hấp dẫn cung cấp chính xác lực hướng tâm mà những đường cong của chúng cần.

Những sai lầm phổ biến

Một hiểu lầm phổ biến là các phi hành gia trong quỹ đạo «không có trọng lực» vì lực hấp dẫn quá yếu ở đó — ở độ cao của ISS, lực hấp dẫn vẫn mạnh khoảng 90% so với bề mặt Trái Đất; các phi hành gia cảm thấy không có trọng lực vì họ và trạm đều đang rơi tự do liên tục quanh Trái Đất, chứ không phải vì lực hấp dẫn đã tắt. Một hiểu lầm khác là kỳ vọng lực hấp dẫn giảm xuống 0 ở một khoảng cách hữu hạn — nó không bao giờ đạt 0, nó chỉ tiếp tục yếu đi, tuân theo định luật nghịch phương bình phương mãi mãi.

Nó liên kết như thế nào

Lực hấp dẫn là quy luật lực cụ thể được thêm vào công thức a = v²/r của lực hướng tâm để giữ cho các vật thể quỹ đạo chuyển động theo đường cong thay vì bay thẳng đi. Các định luật Kepler, tiếp theo, mô tả hình dạng và thời gian quỹ đạo mà quy luật lực này thực sự tạo ra — những elip chứ không phải hình tròn, với mối quan hệ chính xác giữa chu kỳ quỹ đạo và khoảng cách.

Thử mô phỏng

• Rơi về phía M
• Quỹ đạo tròn
• Quỹ đạo thoát ly

Các khái niệm liên quan

• Định Luật II Newton
• Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng
• Định Luật Bảo Toàn Động Lượng
• Các Định Luật Kepler Về Chuyển Động Hành Tinh
• Mô Men Xoắn & Định Luật Đòn Bẩy
• Lực Hướng Tâm