Biết khối lượng và bán kính trung bình của Trái Đất lần lượt là 5,97.10^24 kg và 6 371 km

Biết khối lượng và bán kính trung bình của Trái Đất lần lượt là 5,97.10 kg và 6 371 km. Trạm vũ trụ Quốc tế (ISS) ở độ cao 420 km so với bề mặt Trái Đất.

Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 3: Cường độ trường hấp dẫn - Chân trời sáng tạo

Vận dụng trang 17 Chuyên đề Vật Lí 11: Biết khối lượng và bán kính trung bình của Trái Đất lần lượt là 5,97.10²⁴ kg và 6 371 km. Trạm vũ trụ Quốc tế (ISS) ở độ cao 420 km so với bề mặt Trái Đất.

a) Xác định độ lớn của cường độ trường hấp dẫn do Trái Đất sinh ra tại vị trí của Trạm ISS.

b) Xác định độ lớn lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên một phi hành gia nặng 70 kg trên ISS.

c) Giải thích về hiện tượng “không trọng lượng" của các phi hành gia khi đang làm nhiệm vụ trên các tàu vũ trụ.

Lời giải:

Cường độ trường hấp dẫn $g=G\frac{M_{TD}}{r^2}=G\frac{M_{TD}}{{\left(R_{TD}+h\right)}^2}$

a) Cường độ trường hấp dẫn do Trái Đất sinh ra tại vị trí Trạm ISS:

$g=G\frac{M_{TD}}{{\left(R_{TD}+h\right)}^2}=6,{67.10}^{-11}\frac{5,{97.10}^{24}}{{\left(6371000+420000\right)}^2}=8,63m/s^2$

b) Độ lớn lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên một phi hành gia nặng 70 kg trên ISS:

$F=mg=70.8,63=604,1N$

c) Giải thích về hiện tượng “không trọng lượng" của các phi hành gia khi đang làm nhiệm vụ trên các tàu vũ trụ.

Trọng lượng của phi hành gia khi ở trên Trái Đất: P = mg₀ = 70.9,81 = 686,7 N.

Ta thấy lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên phi hành gia giảm khoảng 12% so với trọng lượng của người đó trên mặt đất, tức là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên phi hành gia vẫn tương đối lớn nên khái niệm hiện tượng "không trọng lượng" chỉ đúng trong một phạm vi nào đó. Trạng thái không trọng lượng giống như hiện tượng chúng ta đứng trong thang máy và thang bắt đầu đi xuống với gia tốc đúng bằng gia tốc trọng trường. Khi đó xét hệ quy chiếu quán tính gắn với mặt đất thì người chịu tác dụng của lực $F=P-F_{qt}=mg-ma=mg-mg=0$. Do tàu vũ trụ chuyển động quanh Trái Đất với chu kì đúng bằng chu kì tự quay của Trái Đất nên họ sẽ rơi vào trạng thái không trọng lượng như đã nói ở trên.

Lời giải Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 3: Cường độ trường hấp dẫn hay, chi tiết khác:

• Mở đầu trang 15 Chuyên đề Vật Lí 11: Các nhà khoa học đã tính toán được rằng, xét cùng một vật, khi lần lượt đặt trên bề mặt của Mặt Trăng và Trái Đất thì độ lớn lực hấp dẫn ...

• Câu hỏi 1 trang 15 Chuyên đề Vật Lí 11: Đặt vật có khối lượng m vào một vị trí xác định trong trường hấp dẫn do vật có khối lượng M sinh ra...

• Câu hỏi 2 trang 15 Chuyên đề Vật Lí 11: Dựa vào công thức (3.1) và định luật vạn vật hấp dẫn, hãy rút ra các đặc điểm và biểu thức độ lớn của cường độ trường hấp dẫn.....

• Luyện tập trang 16 Chuyên đề Vật Lí 11: Trên Hình 3.2, hãy xác định ba điểm trên đường thẳng OA mà cường độ trường hấp dẫn có độ lớn nhỏ hơn....

• Câu hỏi 3 trang 16 Chuyên đề Vật Lí 11: Tính toán và nhận xét về độ lớn của cường độ trường hấp dẫn Trái Đất ở bề mặt và giá trị gia tốc trọng trường đã được học trong chương trình môn Vật lí ở lớp 10....

• Luyện tập trang 17 Chuyên đề Vật Lí 11: Đỉnh Everest (Hình 3.3) là đỉnh núi cao nhất so với mực nước biển (bề mặt Trái Đất) và có độ cao là 8 849 m....

• Luyện tập trang 18 Chuyên đề Vật Lí 11: Biết bán kính và khối lượng trung bình của Trái Đất và Mặt Trăng lần lượt là R_TĐ = 6371km, M_TĐ = 5,97.10²⁴ kg, R_MT = 1737 km, M_MT = 7,35.10²² kg....

• Vận dụng trang 18 Chuyên đề Vật Lí 11: So sánh độ lớn cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt của Hoả Tinh và Trái Đất....

• Bài tập 1 trang 19 Chuyên đề Vật Lí 11: Cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt trên đường xích đạo của Mộc Tinh có độ lớn 25 m/s².....

• Bài tập 2 trang 19 Chuyên đề Vật Lí 11: Hoả Tinh là hành tinh gần Trái Đất nhất nếu tính khoảng cách từ Mặt Trời, có khối lượng 6,42.10²³ kg và bán kính 3390 km.....