G Là Gì Trong Vật Lý? - Top Lời Giải

Câu hỏi: g là gì trong vật lý?

Trả lời: 

Trong vật lý, g thường được biết đến là gia tốc trọng trường.

Gia tốc trọng trường là gia tốc do lực hấp dẫn tác dụng lên một vật. Cũng như vận tốc, gia tốc trọng trường là đại lượng có hướng. Bỏ qua ma sát do sức cản không khí, theo nguyên lý tương đương mọi vật nhỏ chịu gia tốc trong một trường hấp dẫn là như nhau đối với tâm của khối lượng. Điều này là đúng bất kể các vật có khối lượng khác nhau và thành phần của chúng như thế nào.

Tại các điểm khác nhau trên Trái Đất, các vật rơi với một gia tốc nằm trong khoảng 9,78 và 9,83 m/s2 phụ thuộc vào độ cao (và còn do Trái Đất không là khối cầu hoàn hảo cũng như vật chất phân bố không đều bên trong), với giá trị tiêu chuẩn chính xác bằng 9,80665 m/s2. Các vật có mật độ nhỏ không chịu cùng gia tốc như các vật nặng hơn do lực đẩy nổi và sức cản không khí tác động vào.

Cùng Top lời giải tìm hiểu về cách xác định gia tốc trọng trường, bài tập liên quan và sự khác nhau giữa gia tốc trọng trường g và gia tốc a nhé!

Cách xác định gia tốc trọng trường

Người ta tính toán được rằng gia tốc trọng trường của Trái Đất là xấp xỉ 9,8 m/s2. Tùy vào từng vị trí trên bề mặt mà gia tốc này có thể thay đổi.

Gia tốc trọng trường trên mặt trăng sẽ khác với gia tốc trọng trường của Trái Đất.

Trọng lực trên mặt trăng chỉ bằng khoảng 1,622 m/s2 (=⅙ giá trị trên trái đất). Điều này giải thích tại sao trọng lượng của bạn giảm còn ⅙ nếu bạn cân trên mặt trăng.

Gia tốc trọng trường của mặt trời cũng không giống với g trên mặt trăng hoặc Trái Đất. Tại mặt trời, g=274 m/s2. Con số này gấp gần 28 lần, tất nhiên, điều này có nghĩa là nếu bạn có thể tồn tại được khi chạm tới mặt trời, bạn sẽ có trọng lượng gấp 28 lần.

Có phải gia tốc trọng trường có giá trị như nhau với tất cả mọi vật không?

Chúng ta đều được dạy rằng khi không có lực cản của không khí thì tất cả mọi vật rơi tự do với cùng một gia tốc không phụ thuộc vào khối lượng của vật rơi. Mặc dù điều này là đúng đối với các vật có khối lượng rất nhỏ so với khối lượng Trái đất, nó lại không đúng với những vật có khối lượng đáng kể so với khối lượng Trái đất.

Khi ta nói về gia tốc của một vật đối với Trái đất là ta đang nói đến gia tốc được đo từ một hệ quy chiếu cố định gắn với Trái đất. Tuy nhiên, Trái đất lại cũng đang chuyển động. Khi quan sát từ một hệ quy chiếu quán tính trong không gian, đứng yên so với các ngôi sao “cố định”, thì cả Trái đất và vật đang bị Trái Đất hút đều đang gia tốc hướng về phía nhau. Mà nếu Trái đất cũng đang gia tốc so với hệ quy chiếu gắn với các ngôi sao cố định đó thì Trái đất không còn là một hệ quy chiếu quán tính nữa, và ta phải xét đến các “giả lực” xuất hiện do sự gia tốc của Trái đất so với các ngôi sao.

Giả sử gọi m là khối lượng của vật đang bị hút về Trái đất, Me là khối lượng Trái đất, và r là khoảng cách giữa vật và Trái đất, thì trong hệ quy chiếu quán tính gắn với một ngôi sao cố định, gia tốc của Trái đất là Gm/r2 theo một hướng và gia tốc của vật bị hút về Trái đất là GMe/r2 theo hướng ngược lại. Như vậy, trong hệ quy chiếu quán tính này, gia tốc của vật m không phụ thuộc vào khối lượng của nó. Tuy nhiên, trong hệ quy chiếu gắn với Trái đất, gia tốc của vật m này phải là tổng của hai gia tốc: GMe(1 + m/Me)/r2, rõ ràng là phụ thuộc vào khối lượng m của vật bị hút về phía Trái đất.

Sự phụ thuộc vào khối lượng vật m này trở nên đáng kể khi xem xét sự hấp dẫn giữa hai vật thể có khối lượng không quá chênh lệch, mà trường hợp của Trái Đất và Mặt trăng là một ví dụ. Nếu dùng công thức thông thường là GMe/r2 để tính gia tốc của Mặt trăng so với Trái đất thay vì dùng công thức chính xác hơn là GMe(1 + m/Me)/r2 thì sai số vào khoảng 1,2%. Sai số này sẽ lớn hơn nhiều nếu ta tính gia tốc của Mặt trời so với Trái đất.

Kết luận: gia tốc hấp dẫn của một vật đối với một hệ quy chiếu quán tính không phụ thuộc vào khối lượng của vật đó, nhưng cũng chính gia tốc này khi được đo từ một hệ quy chiếu không quán tính lại phụ thuộc vào khối lượng của vật bị hấp dẫn. Và do đó, gia tốc hấp dẫn g của mọi vật so với Trái đất - một hệ quy chiếu không quán tính - là không bằng nhau.

Phương pháp giải và bài tập về Tính gia tốc trọng trường tại vị trí xác định 

1. Phương pháp giải

2. Bài tập minh họa

Câu 1. Tìm gia tốc rơi tự do tại một nơi có độ cao bằng nửa bán kính trái đất. Biết gia tốc trọng trường tại mặt đất là g=10 m/s2.

Câu 2. Tìm gia tốc rơi tự do tại nơi có độ cao bằng ¾ bán kính trái đất biết gia tốc rơi tự do ở mặt đất là 9.8m/s2

1.  4,2m/s2                      B. 3,2m/s2                     

C. 5,2 m/s2                     D. 6,2 m/s2

  Lời giải: