TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TPHCM

SEMINAR 5

BAI THUYÊT TRINH VIP of VIP Presentations By Group 5

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

Tại sao quả táo chín lại rơi xuống đất? Nguyên nhân của nó là gì ?Vậy trái đất có gì hút nó sao?

Tại sao những hành tinh càng gần mặt trời thì chuyển động càng nhanh .WHY ???!!!

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

CHỦ ĐỀ : ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

VA CÁC ĐỊNH LUẬT KEPLER .

NỘI DUNG TÌM HIỂU :

A . CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN CỦA ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN .

B . CÁC ĐỊNH LUẬT KEPLER . III.

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

A. Các vấn đề :

1) Lực hấp dẫn là gì?

2) Định luật vạn vật hấp dẫn?

3) Công thức tính lực hấp dẫn?

4) Tại sao có thể nói: “Trọng lực chỉ là trường hợp riêng của lực hấp dẫn” ?

t

Mặt trời

Mặt trăng Trái đất

Hình ảnh cho thấy mặt trăng chuyển động gần tròn xung quanh Trái Đất và Trái Đất chuyển động gần tròn xung quanh mặt trời .

Hình ảnh mô tả chuyển động của một số hành tinh thuộc Hệ Mặt Trời

I. LƯC HẤP DẪN

Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau bởi một lực gọi là lực hâp dân

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

• Lực hâp dân là lực tác dụng từ xa, qua không gian giữa các vật P

m

II - ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

1) Định luật:

Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ

lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng

và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng

cách giữa chúng. hdF++++++++++++++

m1

m2

r

2.Hệ Thức

221

hd rmm

GF =

: Lực hấp dẫn giữa hai vật ( N )

: khối lượng của hai vật ( kg )

r : Khoảng cách giữa hai vật ( m )

G gọi là hằng số hấp dẫn. 11 2 26,67.10 /G Nm kg

hdF

1 2,m m

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

II. ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

1. Định luật 2. Biểu thức 3. Đặc điểm

• Là lực hút

• Điểm đặt : tại trọng tâm của vật

• Độ lớn : Fhd = G.m1.m2/r2

Chú ý : Hệ thức này thông thường được áp dụng cho các vật trong hai trường hợp :

• Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng

• Các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Khi ấy r là khoảng cách giữa hai tâm và lưc hấp dẫn nằm trên đường nối hai tâm và đặt vào hai tâm đó .

m2

m1

Fhd Fhd

r

THỦY TRIỀU

III. TRONG LƯC LA TRƯƠNG HƠP RIÊNG CỦA LƯC HẤP DẪN

Trọng lực của một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B• Trọng tâm của vật là điểm đặt của trọng lực của vật.

• Xét vật có khối lượng m ở độ cao h so với mặt đất. Gọi M và R lần lượt là khối lượng và bán kính của Trái Đất.

R

h

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

P

m

M

g

O

R

hFhd= G

mM(R+h)2

P = mg

(1)

(2)

Với P = Fhd

=>

g = GM(R+h)2

- Trọng lực tác dụng lên vật:

- Lực hấp dẫn giữa vật và Trái Đất:

gia tốc rơi tự do

Ta có:

III. TRONG LƯC LA TRƯƠNG HƠP RIÊNG CỦA LƯC HẤP DẪN

NH

ÓM

2 _ LÝ 2B

R

O

- Nêu vật ở gần mặt đất (h<<R) thì:

h

g = GM

R2

Ngoài ra còn có trường hợp h <0 ( trong lòng đất )

III. TRỌNG LỰC LÀ TRƯỜNG HỢP RIÊNG CỦA LỰC HẤP DẪN

Lực hấp dẫn Định luật

vạn vật hấp dẫn

2o

Mg G

R

1 22hd

mmF G

r 2

Mg G

R h

1 22

. ( )hd

mmD F G

l

1 22

1

. ( )hd

mmA F G

r l

1 2

22

B. ( )hd

mmF G

r l

1 22

1 2

. ( )hd

mmC F G

r r l

Câu 1: Viết biểu thức lực hấp dẫn giữa hai vật trong hình vẽ sau:

PHẦN B

LỰC HẤP DẪN ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

NHÓM 5-DD12LT04

B. CÁC ĐỊNH LUẬT KEPLER .I . MỞ ĐẦU.- Thuyết Tâm Địa- Thuyết Nhật Tâm- Hệ Mặt TrờiII . CÁC ĐỊNH LUẬT KÊ-PLE- Định luật 1- Định luật 2- Định luật 3III. BAI TẬP VẬN DỤNGIV. VỆ TINH NHÂN TẠO . TỐC ĐỘ VŨ TRỤ

I. MỞ ĐẦU

1)Thuyết Địa Tâm ( năm 140 SCN )

- Trái Đất là trung tâm của vũ trụ,các hành tinh chuyển động xung quanh Trái Đất theo quỹ đạo tròn .

Ptoleme

Thổ tinh

Mộc tinh

Hỏa tinh

Mặt trời

Kim tinh

Thủy tinh

Mặt trăng

Trái đất

Thuyết

Địa

Tâm

2) Thuyết Nhật Tâm ( 1543 )- Mặt Trời là trung tâm của vũ trụ , các hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo tròn.

Nicolai Copecsnic - nhà Vật lý Ba Lan

Hệ Nhật Tâm có gì khác so với Hệ Địa Tâm ?

Câu hỏi đặt ra :

Hệ Địa Tâm Hệ Nhật Tâm

Hình ảnh một số hành tinh trong Hệ Mặt Trời .

Vấn đề đật ra là :

-Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời như thế nào ?

- Chúng chuyển động có tuân theo quy luật nào không ?

Dựa trên những số liệu quan sát về vị trí của các hành tinh, năm 1619 Kepler nhà thiên văn học người Đức đã tìm ra ba định luật mô tả chính

xác qui luật chuyển động của các hành tinh.

Johannes Kepler, 1571- 1630, nhà thiên văn học người Đức.

II . CÁC ĐỊNH LUẬT KÊ-PLE

1)Định luật I

- Mọi hành tinh đều chuyển động theo quỹ đạo elip , mà Mặt Trời là một tiêu điểm

a

O

M

F2 F1

b

Mỗi elip có 2 trục vuông góc, trên đó bán kính trục lớn kí hiệu : a , bán kính trục nhỏ kí hiệu : b . F1 , F2 là các tiêu điểm của elip nằm đối xứng trên 2 bán trục lớn .=> MF1 + MF2 = 2a ( = hằng số )

Tốc độ chuyển động của các hành tinh tại những vị trí khác nhau trên quỹ đạo có quan hệ gì với nhau?

Tại sao những hành tinh càng gần mặt trời thì

có vận tốc chuyển động

càng lớn .

S1

S2

S3

Định luật IIĐoạn thẳng nối Mặt Trời và một hành tinh bất kỳ quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau.

Có nhận xét gì về vận tốc dài của các hành tinh qua định luật II Kê-ple ?• Hệ quả

- Càng xa Mặt trời vận tốc dài càng giảm.

- Đối với Trái Đất :

+Vận tốc tại điểm xa Mặt trời nhất là 29,3km/s

+Vận tốc tại điểm gần Mặt trời nhất là 30,3km/s

T2

(năm) a3

(đv thiên văn)

Thuỷ tinh 0,0576 0,05796

Kim tinh 0,3782 0,37793

Trái đất 1,000 1,000

Hoả tinh 3,5382 3,5396

Mộc tinh 140,6596 140,8515

Thổ tinh 867,8916 868,2506

Quỹ đạo chuyển động của các hành tinh là hình elip . Vậy giữa chu kì chuyển động và bán kính quỹ đạo của chúng có mối quan hệ nào không ?

3) Định luật III

3 3 31 2 i3 3 3

1 2 i

a a a= =...= =...

T T T

3 2

1 1

2 2

a T=

a T

- Tỉ số giữa lập phương bán trục lớn và bình phương chu kì quay là giống nhau cho mọi hành tinh quay quanh Mặt trời .

Hay đối với 1 hành tinh bất kì :

2 2 2 2 2

2 2

(2 ) 4 v R R

a RR R T T

Chứng minh định luật Kê-ple

Xét hai hành tinh 1 và 2 của hệ Mặt trời . Coi quỹ đạo chuyển động của các hành tinh gần đúng là tròn thì gia tốc hướng tâm là :

21

1 12 21 1

4TM MG M R

R T

312 2

1 4TR M

GT

Lực hấp dẫn tác dụng lên hành tinh gây ra gia tốc này. Theo định luật II Niuton , áp dụng đối với hành tinh 1 ta có :

Mà MT là khối lượng của Mặt trời ,nên ta có :

( 1 )

Kết quả trên không phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh , do đó có thể áp dụng cho hành tinh 2 :

312 2

1 4TR M

GT

3 31 22 2

1 2

a a

T T

( 2 )

So sánh (1) và (2) ,ta tìm được công thức cho định luật III Kê-ple chính xác là :

Trái đất

Hỏa tinh

R1

R2

III. BAI TẬP VẬN DỤNGBài 1

Khoảng cách R1 từ Hỏa tinh tới Mặt Trời lớn hơn 52% khoảng cách R2 giữa Trái Đất và Mặt Trời.

Hỏi một năm trên Hỏa tinh bằng bao nhiêu so với một năm trên Trái Đất?

Lời giải: 1 năm là thời gian để hành tinh

quay được một vòng xung quanh Mặt trời.

Gọi T1 là một năm trên Hỏa tinh

T2 là một năm trên Trái đất.

Ta có : 1

2

R= 1,52

R

3231 1

22 2

T R= = (1,52)

T R

Áp dụng định luật III Kêple , ta có:32

31 12

2 2

T R= = (1,52)

T R

IV . VỆ TINH NHÂN TẠO . TỐC ĐỘ VŨ TRỤ .

a)Vệ tinh nhân tạo .

Khi một vật bị ném với một vận tốc có một giá trị đủ lớn, vật sẽ không trở lại mặt đất mà sẽ quay quanh Trái Đất, khi đó nó được gọi là vệ tinh nhân tạo của Trái Đất.

Sput-nhich vệ tinh nhân tạo đầu tiên của loại người do Liên Xô phóng lên ngày 4/10/1957

Vệ tinh nhân tạo ISS

Phóng vệ tinh

b, Tốc độ của vũ trụ- Vận tốc đủ lớn để vật trở thành vệ tinh nhân tạo gọi là cấp độ vũ trụ cấp I- Trong đó : v > 1,79 km/s=> Quỹ đạo có hình elip

Trái Đất vI=7,9 km/s

vII=11,2 km/s

vIII=16,7 km/s

Tốc độ vũ trụ Tốc độ vũ trụ cấp I: VI=7,9 km/s Vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn.

7,9 km/s <V<11,2km/s: quỹ đạo elip.Tốc độ vũ trụ cấp II: VII= 11,2km/s

11,2km/s<V<16,7km/s: quỹ đạo Parabol: vệ tinh trở thành hành tinh của Mặt trời.

Tốc độ vũ trụ cấp III:VIII=16,7 km/s V>VIII: quỹ đạo Hypebol: vật thóat ra khỏi

hệ Mặt trời.

- Khi vận tốc v= 11,2 km/s – vận tốc vũ trụ cấp 2=> quỹ đạo parabol

- Khi vận tốc v= 16,7 km/s – vận tốc vũ trụ cấp 3=> vệ tinh có thể thoát ra khỏi hệ Mặt trời

Củng cố bài học :

Câu hỏi : định luật III Kê-ple có liên quan đến ( các ) yếu tố nào ?

A . Hình dạng của quỹ đạoB . Chu kì quay của hành tinhC . Bán kính của quỹ đạoD . Diện tích quét bởi đường thẳng nối Mặt trời với hành tinh .

Trắc nghiệm kiến thứcCâu 1: Chọn phát biểu đúng:

Chu kỳ quay của một hành tinh xung quanh Mặt trời

A. Phụ thuộc khối lượng hành tinh.

B. Phụ thuộc vận tốc chuyển động trên quỹ đạo.

C. Giống nhau với mỗi hành tinh.

D. Phụ thuộc bán kính trung bình của quỹ đạo.Gợi ý

Dựa vào định luật Kê-pleA B C D

A. 300N

B. 700N.C.900N

D.1540N

Câu 2

Đáp án

Trắc nghiệm kiến thức

Giải:

2D

29R

4 D

H

HH

MG

R

GMg

P =mg

DH gg9

4

THE END …TO BE CONTINOUS .