Tất cả chúng ta đều đã từng xem những thước phim về các phi hành gia bay lơ lửng tự do trong không gian, thực hiện các động tác xoay người dường như bất chấp trọng lực. Kết quả của những bức chân dung này, nhiều người tin rằng không có trọng lực trong không gian. Tuy nhiên, tuyên bố này khác xa sự thật. Lực hấp dẫn tồn tại ở khắp mọi nơi trong vũ trụ và là lực quan trọng nhất ảnh hưởng đến mọi vật chất trong không gian. Trên thực tế, nếu không có trọng lực, mọi vật chất sẽ bay ra ngoài và mọi thứ sẽ không còn tồn tại.
Lực hấp dẫn là lực hút giữa hai vật cách nhau một khoảng r cố định. Cường độ của trọng lực tỉ lệ thuận với khối lượng của hai vật và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng. Một vật có khối lượng lớn hơn có lực hấp dẫn lớn hơn một vật có khối lượng nhỏ hơn, điều này giải thích sự khác biệt giữa trường hấp dẫn của Trái Đất và Mặt Trăng. Hợp lực giữa hai vật giảm nhanh với tốc độ 1 / r2. Như vậy, lực hấp dẫn của hai khối lượng bằng nhau cách nhau 1m mạnh gấp 100 lần so với lực hấp dẫn của hai khối lượng cách nhau 10m. Sử dụng hai tham số, khối lượng và khoảng cách, chúng ta có thể hiểu cách lực hấp dẫn vận hành trong vũ trụ và khiến các vật thể xuất hiện như thể chúng đang trải qua trạng thái không trọng lực trong không gian.
Lực hấp dẫn của Trái Đất chịu trách nhiệm cho quỹ đạo của Mặt Trăng. Tương tự, tất cả các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi trong Hệ Mặt Trời của chúng ta đều quay quanh Mặt Trời do lực hấp dẫn này. Mặt Trời có lực hấp dẫn cực lớn vì nó chiếm 99,86% trọng lượng của hệ mặt trời.
Vậy tại sao các vật thể dường như có thể lơ lửng tự do trong không gian bất chấp trường hấp dẫn của Mặt Trời? Hãy nhớ rằng, lực hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng của hai vật. Các thiên thể có đủ khối lượng để chịu lực hấp dẫn của Mặt Trời. Các vật thể có khối lượng tương đối nhỏ sẽ chịu ít lực hấp dẫn của mặt trời hơn so với các thiên thể như Sao Mộc. Ngoài ra, các vật thể nhỏ ở xa mặt trời chịu lực hấp dẫn yếu hơn. Mặc dù lực hấp dẫn không bao giờ đạt đến không, nhưng nó lại có thể đến rất gần.
Tiền đề của thuyết tương đối rộng của Einstein có thể được sử dụng để giải thích lực hấp dẫn trong không gian. Hãy tưởng tượng vũ trụ như một tấm màng hai chiều đại diện cho kết cấu không-thời gian. Nếu người ta đặt một quả bóng có khối lượng m lên tấm màng này, nó sẽ tạo ra một vết lõm làm thay đổi cấu trúc không-thời gian. Sự biến dạng trong trọng lực này làm thay đổi tiến trình của một vật thể đi qua chỗ lõm. Một quả bóng có khối lượng 2m sẽ tạo ra một chỗ lõm lớn hơn và do đó có một lực hấp dẫn lớn hơn tác dụng lên nó. Vật thể càng ở xa quả bóng, nó sẽ càng ít bị ảnh hưởng bởi sự biến dạng - tức là trường hấp dẫn của quả bóng. Lý thuyết của Einstein cho rằng bất kỳ vật thể nào có khối lượng đều làm biến dạng không-thời gian, kể cả con người. Mặc dù chúng ta hầu như không làm móp tấm màng là bao, thì chúng ta vẫn tạo ra một trường hấp dẫn nhỏ xung quanh mình. Miễn là có vật chất trong không gian, thì sẽ vẫn có lực hấp dẫn.
Hiện tượng thiên văn "khét tiếng" được gọi là lỗ đen cho thấy lực hấp dẫn quan trọng như thế nào trong không gian. Lỗ đen là một vùng trong không gian rất nhỏ mà ánh sáng không thể thoát ra khỏi nó. Lỗ đen được hình thành bởi những ngôi sao chết, sụp đổ dưới trọng lượng của chính chúng và tạo thành một lõi có mật độ vô hạn. Trong phép tương tự tờ giấy hai chiều của Einstein, một lỗ đen nhỏ đến mức nó tạo ra một cái lỗ trong kết cấu thời gian không gian thay vì một vết lõm. Bất kỳ hạt hoặc sóng nào, kể cả ánh sáng, đều bị giữ lại bởi lực hấp dẫn khổng lồ mà lỗ đen tạo ra. Sự hiện diện của các lỗ đen phản đối trực tiếp quan điểm không trọng lực trong không gian.
Nếu tất cả khối lượng đều tạo ra lực hấp dẫn trong không gian, thì khái niệm "không trọng lực" bắt nguồn như thế nào?
Không nghi ngờ gì nữa, nó đã được nuôi dưỡng bởi trải nghiệm của các phi hành gia trong không gian, những người dường như không trọng lượng và do đó được mô tả là trải qua tình trạng không trọng lực. Lời giải thích này không thể đúng, đặc biệt là quá gần trái đất, nơi có trường hấp dẫn mạnh và liên tục kéo tàu vũ trụ về phía nó. Để hiểu kinh nghiệm của các nhà thiên văn, điều quan trọng là phải phân biệt "không trọng lượng" với "không trọng lực". Các phi hành gia cảm thấy không trọng lượng vì tàu con thoi của họ đang ở trạng thái rơi tự do liên tục xuống Trái Đất. Tuy nhiên, tàu con thoi không bao giờ rơi xuống Trái Đất vì nó đang di chuyển theo phương ngang với vận tốc khoảng 18.000 km / giờ, chống lại lực hấp dẫn. Nếu tàu vũ trụ không di chuyển đủ nhanh, nó sẽ rơi vào tình trạng ảnh hưởng của trường hấp dẫn của Trái Đất và rơi xuống Trái Đất.
Không có cái gọi là không trọng lực trong không gian. Lực hấp dẫn ở khắp mọi nơi trong vũ trụ và thể hiện ở các lỗ đen, quỹ đạo thiên thể, thủy triều và thậm chí cả trọng lượng của chính chúng ta.
Yale Scientific: Does Zero Gravity Exist in Space?
Chuyên đề Tại sao chúng ta lơ lửng trong vũ trụ?
Tại sao chúng ta lơ lửng trong vũ trụ?
Vui lòng đăng nhập để gửi ý kiến
Vệ tinh là một loại thiết bị quay quanh Trái Đất để chụp ảnh và thu thập thông tin. Hiện có hàng nghìn vệ tinh đang hoạt động. Tại sao chúng không bị rơi xuống Trái Đất hay bay ra ngoài không gian?
Nếu bạn ném một quả bóng vào không khí, nó sẽ quay trở lại ngay lập tức. Đó là do lực hấp dẫn, thứ giữ chúng ta trên mặt đất.
Để đưa vệ tinh vào quỹ đạo, trước hết phải cần tên lửa đẩy. Một tên lửa có thể bay 25000 dặm trong 1 giờ. Tốc độ đủ nhanh để vượt qua lực hấp dẫn mạnh mẽ và rời qua bầu khí quyển của Trái Đất.
Khi tên lửa đạt đến độ cao nhất định, nó sẽ tách khỏi vệ tinh. Vệ tinh sau đó sử dụng năng lượng mà nó thu được từ tên lửa để tiếp tục chuyển động. Chuyển động này là động lượng.
Vậy làm thế nào để giữ vệ tinh ở trong quỹ đạo? Đó là sự cân bằng tinh tế giữa vận tốc [speed] của vệ tinh và sức hút của lực hấp dẫn [gravity].
Về cơ bản, vệ tinh liên tục rơi. Nhưng nếu di chuyển với vận tốc phù hợp, vệ tinh sẽ rơi với cùng tốc độ mà đường cong Trái đất dịch xa khỏi chúng, nghĩa là thay vì văng ra xa ngoài vũ trụ hay lao xuống Trái đất, chúng vẫn bay trên quỹ đạo hành tinh xanh.
Vệ tinh cũng cần được điều chỉnh thường xuyên để hoạt động suôn sẻ. Lực hấp dẫn của Trái Đất mạnh hơn ở một số nơi và vệ tinh cũng có thể bị Mặt trời, Mặt trăng, thậm chí là sao Mộc hút lại.
Ngoài lực hấp dẫn, vệ tinh bay trên quỹ đạo Trái đất thấp như kính viễn vọng không gian Hubble cũng có thể lệch khỏi quỹ đạo bởi sức kéo của khí quyển.
Vệ tinh còn phải liên tục di chuyển khéo léo để tránh rác vũ trụ và các vật thể khác trên cao.
Vì sao Trái đất lơ lửng trong không trung mà không bị rơi xuống?
Bất kỳ vật gì tồn tại xung quanh chúng ta cũng đều được vật khác đỡ, ngay cả con chim, máy bay trên bầu trời cũng được không khí đỡ.
Trái đất lơ lửng trong không trung, vậy nó được vật gì đỡ?
Mấy nghìn năm về trước con người đã tìm hiểu vấn đề này và đưa ra nhiều giả thiết khác nhau.
ở nước Trung hoa cổ đại từng lưu truyền thuyết con rùa đội mặt đất.
Người Nhật cổ cho rằng mặt đất được đặt trên lưng 3 con cá voi lớn nổi giữa biển.
Người Ấn Độ cổ thì cho rằng loài voi là "đại lực sĩ" trong thế giới động vật và mặt đất được đặt trên lưng 4 con voi lớn.
Người Balon cổ đại lưu truyền giả thiết rất lý thú, họ cho rằng mặt đất giống như một miếng gỗ nổi trên mặt biển.
Tất cả những giả thiết trên đều không đúng.
Đáp số chính xác cho câu hỏi này phải đợi đến khi nhà vật lý người Anh là Isaac Newton phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn.
Newton đã phát hiện ra vạn vật đều hút lẫn nhau. Vật nào có khối lượng càng lớn thì sức hút đối với vật khác càng mạnh. Theo tính toán, giữa Trái đất và Mặt trời có lực hút lẫn nhau là 35×1017tấn.
Nếu vậy tại sao Traí Đất không bị hút kéo về phía Mặt trời?
Trái đất quay xung quanh Mặt trời với tốc độ rất nhanh, mỗi giây tới 30 km. Chúng ta đã biết bất cứ vật nào chuyển động tròn cũng chịu tác động của lực ly tâm. Trái đất quay quạnh Mặt trời với tốc độ nhanh như vậy và sinh ra lực ly tâm rất lớn cân bằng với sức hút của Mặt trời đối với Trái đất. Bởi vậy Trái đất cứ "lơ lửng" trong không gian mà không bao giờ bị "rơi".
Tác phẩm, tác giả, nguồn
- Tác phẩm: Giải đáp 136 câu hỏi về thiên văn học
- Nguồn: kenhsinhvien.vn