#Tếtbun2021 #NghiênCứuVậtLý #QuảTáoRơi #MặtTrăngQuayQuanhQuỹĐạo
Quả táo rơi và mặt trăng quay quanh quỹ đạo có điều gì chung? Nếu bạn thả một vật thể, nó sẽ rơi xuống. Đó là một chuyển động mà tất cả chúng ta đã thấy hàng trăm lần. Mặt trăng quay quanh quỹ đạo của Trái đất cùng với quỹ đạo của các hành tinh. Rơi xuống và quay quanh quỹ đạo có vẻ giống như hai loại chuyển động khác nhau, nhưng thực tế không phải vậy!
Isaac Newton chắc chắn không tạo ra mối liên hệ với một quả táo rơi, nhưng nhận thức của ông thật đáng kinh ngạc, vì vậy chúng ta nên tìm hiểu cách ông đã tìm ra giải thích đó. Newton đã xây dựng lý thuyết vật lý dựa trên những ý tưởng từ các nhà khoa học lớn khác như Galileo, Robert Hooke và Johannes Kepler.
Trong quá trình tìm hiểu, chúng ta nhận ra rằng gia tốc là sự thay đổi vận tốc chia cho sự thay đổi thời gian. Một vật rơi xuống không rơi với tốc độ không đổi, thay vào đó tốc độ thay đổi. Vật thể trên một đoạn dốc hoàn toàn thẳng đứng cũng sẽ tăng tốc độ. Trên bề mặt Trái đất, một vật thể bị rơi sẽ có gia tốc hướng xuống là 9,8 mét trên giây trên giây.
Vì vậy, quả táo rơi và mặt trăng quay quanh quỹ đạo đều có điểm chung chính là chuyển động của chúng đều bị ảnh hưởng bởi gia tốc. Sự kiện ngày hôm nay hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thêm về nghiên cứu vật lý và những khám phá mới nhất trong lĩnh vực này! #TếtBun #NghiênCứuVậtLý #QuảTáoRơi #MặtTrăngQuayQuanhQuỹĐạo
Nguồn: https://www.wired.com/story/what-do-a-falling-apple-and-an-orbiting-moon-have-in-common/
Nếu bạn thả một vật thể, nó sẽ rơi xuống. Đó là một chuyển động mà tất cả chúng ta đã thấy hàng trăm lần. Chúng tôi cũng có tất cả nhìn thấy rất nhiều mặt trăngtạo nên một quỹ đạo hoàn chỉnh quanh hành tinh của chúng ta cứ sau 27,3 ngày (khi nhìn từ Trái đất). Rơi xuống và quay quanh quỹ đạo có vẻ giống như các loại chuyển động hoàn toàn khác nhau, nhưng thực tế không phải vậy! Cùng một vật lý giải thích cả hai.
Có một câu chuyện nổi tiếng về việc Isaac Newton tạo ra mối liên hệ nhờ một quả táo rơi. (Điều đó có lẽ không đúng—Nhưng nó có thể là.) Tuy nhiên, nhận thức của anh ấy thật đáng kinh ngạc, vì vậy tôi sẽ hướng dẫn bạn toàn bộ quá trình. Nó bao gồm một số khái niệm mà những người sống ngày nay có thể coi là đương nhiên, nhưng việc xây dựng kiến thức như thế này không hề đơn giản và Newton đã không tự mình tìm ra mọi thứ. Ông đã xây dựng dựa trên những ý tưởng từ Galileo, người đã nghiên cứu chuyển động của các vật thể rơi xuống, Robert Hooke, người đã khám phá tác động của những vật chuyển động theo hình tròn, và Johannes Kepler, người đã đưa ra những ý tưởng về chuyển động của các hành tinh và mặt trăng.
Vật rơi
Hãy bắt đầu với những gì xảy ra với một vật thể khi nó rơi xuống. Vào thế kỷ thứ ba trước Công nguyên, Aristotle khẳng định rằng một vật có khối lượng lớn sẽ rơi nhanh hơn vật có khối lượng thấp. Nghe có vẻ hợp lý đúng không? Điều đó dường như phù hợp với những gì chúng ta thấy—hãy tưởng tượng bạn thả một hòn đá và một chiếc lông vũ cùng một lúc. Nhưng Aristotle không giỏi kiểm tra lý thuyết của mình bằng thí nghiệm. Nó chỉ dường như có lý rằng một vật nặng hơn sẽ rơi nhanh hơn. Giống như hầu hết các nhà triết học đồng trang lứa với mình, ông thích đưa ra kết luận dựa trên logic ghế bành.
Aristotle cũng lý luận rằng các vật thể rơi với tốc độ không đổi, nghĩa là chúng không chậm lại hoặc tăng tốc khi di chuyển. Có lẽ anh ấy đã đi đến kết luận này vì các vật thể rơi xuống rất nhanh và thực sự rất khó để nhận ra sự thay đổi về tốc độ bằng mắt thường.
Nhưng rất lâu sau, Galileo Galilei (người được gọi bằng tên đầu tiên của mình vì anh ấy nghĩ điều đó thật tuyệt) đã nghĩ ra một cách để làm mọi thứ chậm lại. Giải pháp của anh ấy là lăn một quả bóng xuống dốc thay vì thả nó xuống. Lăn quả bóng ở một góc rất nhỏ giúp bạn dễ dàng biết được chuyện gì đang xảy ra. Nó có thể trông giống như thế này:
Video: Rhett Allin
Bây giờ chúng ta có thể thấy rằng khi quả bóng lăn trên đường chạy, tốc độ của nó tăng lên. Galileo gợi ý rằng trong giây đầu tiên của chuyển động, quả bóng sẽ tăng tốc độ một lượng nhất định. Nó cũng sẽ tăng cùng một lượng tốc độ trong giây tiếp theo của chuyển động. Điều đó có nghĩa là trong khoảng thời gian từ 1 đến 2 giây quả bóng đi được một quãng đường xa hơn so với giây đầu tiên.
Sau đó, ông gợi ý rằng điều tương tự cũng xảy ra khi bạn tăng độ dốc của góc, vì nó sẽ tạo ra tốc độ tăng nhiều hơn. Điều đó có nghĩa là một vật thể trên một đoạn dốc hoàn toàn thẳng đứng (giống như một vật thể đang rơi) cũng sẽ tăng tốc độ. Boom—Aristotle đã sai! Vật rơi đừng rơi với tốc độ không đổi, nhưng thay vào đó tốc độ thay đổi. Tốc độ mà tốc độ thay đổi được gọi là gia tốc. Trên bề mặt Trái đất, một vật thể bị rơi sẽ có gia tốc hướng xuống là 9,8 mét trên giây trên giây.
Chúng ta có thể viết gia tốc theo toán học là sự thay đổi vận tốc chia cho sự thay đổi thời gian (trong đó ký hiệu Hy Lạp Δ biểu thị sự thay đổi).
