LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

LUC · 0135 phút

Trọng lực, trọng lượng và lực hấp dẫn

P = mg, F = G m₁m₂/r²

Cần học trướcNT · 03 · Định luật II Newton

Mục tiêu

  • Phân biệt khối lượng (kg, không đổi) với trọng lượng (N, đổi theo nơi); tính P=mgP = mg ở những nơi có gg khác nhau.
  • Phát biểu định luật vạn vật hấp dẫn F=Gm1m2r2F = G\dfrac{m_1m_2}{r^2} và tính lực hấp dẫn giữa hai vật, biết khoảng cách là khoảng cách giữa hai tâm.
  • Giải thích vì sao gg giảm khi lên cao và tính gg, PP ở độ cao hh.

Khởi động

Một nhà du hành nặng 60 kg60\,\text{kg} lên Mặt Trăng và bước nhảy cao hơn hẳn trên Trái Đất. Cân lò xo mang theo chỉ số khác rất nhiều, nhưng cân đòn (so với quả cân chuẩn) lại chỉ đúng 60 kg60\,\text{kg}. Cái gì đã đổi, cái gì không đổi? Và hai quả bóng đặt cạnh nhau trên bàn cũng hút nhau, vậy sao ta không thấy chúng xích lại?

r = Rr = 2Rr = 3R

01Kiến thức cần nhớ

1. Trọng lực và trọng lượng

Trọng lực P⃗\vec P là lực hút của Trái Đất lên vật. Điểm đặt tại trọng tâm của vật, phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, độ lớn

P=mg,P = mg,

với mm là khối lượng (đơn vị kg\text{kg}) và gg là gia tốc rơi tự do tại nơi đó (m/s2\text{m/s}^2). Trọng lượng là độ lớn của trọng lực (đơn vị N\text{N}); lực kế treo vật đứng yên chỉ đúng giá trị này.

Nơig (m/s2)g\ (\text{m/s}^2)Vật 60 kg60\,\text{kg} nặng
Trái Đất (mặt đất)9,89{,}8588 N588\,\text{N}
Mặt Trăng1,621{,}6297,2 N97{,}2\,\text{N}
Sao Hoả3,713{,}71222,6 N222{,}6\,\text{N}
Sao Mộc24,824{,}81488 N1488\,\text{N}
Tương tácCân ở các nơi: lực kế và cân đòn
05001000N60kgPcân đòn60 kg (không đổi)lực kế · thang 0–1000 N
(cân đòn)
(lực kế)
so với cùng vật trên Trái Đất

Đổi nơi hoặc kéo thanh độ cao h (đơn vị bán kính Trái Đất R). Lực kế chỉ trọng lượng P đổi theo g; cân đòn luôn chỉ khối lượng m. Kéo thanh m để thấy kim quay.

2. Định luật vạn vật hấp dẫn

Hai chất điểm bất kì hút nhau bằng hai lực cùng độ lớn, ngược chiều, đặt trên đường nối hai chất điểm, tỉ lệ với tích hai khối lượng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách:

Fhd=G m1m2r2,G=6,67×10−11 N⋅m2/kg2.F_{hd} = G\,\frac{m_1m_2}{r^2},\qquad G = 6{,}67\times10^{-11}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2.

Công thức đúng cho chất điểm và cho các quả cầu đồng chất (khi đó rr là khoảng cách giữa hai tâm). Vì GG rất bé nên chỉ khi có một vật cỡ hành tinh, lực hấp dẫn mới đáng kể.

Tương tácHai vật hút nhau
r (khoảng cách hai tâm)FFmũi tên dài theo logarit của F
Bấm “Đặt mốc” rồi đổi một đại lượng để xem F thay đổi bao nhiêu lần.

Ba thanh trượt theo thang lôgarit của m₁, m₂ và r. Bấm “Đặt mốc F₀” rồi “r × 2” để thấy lực giảm 4 lần, hoặc “m₁ × 2” để thấy lực tăng 2 lần.

Hệ quả: nhân đôi một khối lượng thì lực nhân đôi; nhân đôi khoảng cách thì lực giảm còn một phần tư.

3. Gia tốc rơi tự do và độ cao

Vật khối lượng mm ở độ cao hh so với mặt đất, Trái Đất có khối lượng MM, bán kính RR. Trọng lực chính là lực hấp dẫn của Trái Đất (r=R+hr = R + h):

mgh=GMm(R+h)2 ⇒ gh=GM(R+h)2,g0=GMR2≈9,8 m/s2.mg_h = G\frac{Mm}{(R+h)^2}\ \Rightarrow\ g_h = \frac{GM}{(R+h)^2},\qquad g_0 = \frac{GM}{R^2}\approx 9{,}8\ \text{m/s}^2.

Chia hai vế: ghg0=(RR+h)2\dfrac{g_h}{g_0} = \left(\dfrac{R}{R+h}\right)^2. Ở h=Rh = R (cách mặt đất một bán kính) gia tốc còn 14\dfrac14; ở h=2Rh = 2R còn 19\dfrac19.

ORhPr = R + hrgRg₀2Rg₀/43Rg₀/9
Vật ở độ cao h: khoảng cách tới tâm là r = R + h; gia tốc rơi tự do giảm theo 1/r²

02Tóm tắt

Nội dungCông thức, ý chính
Trọng lựcP⃗\vec P thẳng đứng, hướng xuống; P=mgP = mg
Khối lượng và trọng lượngmm (kg) không đổi; PP (N) đổi theo gg
Hấp dẫnF=Gm1m2r2F = G\dfrac{m_1m_2}{r^2}, G=6,67×10−11G = 6{,}67\times10^{-11}, cặp lực trực đối
Độ caogh=GM(R+h)2g_h = \dfrac{GM}{(R+h)^2}, ghg0=(RR+h)2\dfrac{g_h}{g_0} = \left(\dfrac{R}{R+h}\right)^2

03Mở rộng

Vì sao gg khác nhau trên Trái Đất? Trái Đất hơi dẹt và đang quay, nên gg đổi từ khoảng 9,78 m/s29{,}78\,\text{m/s}^2 ở xích đạo tới 9,83 m/s29{,}83\,\text{m/s}^2 ở hai cực. Với bài toán phổ thông ta bỏ qua sự khác biệt này.

Khối lượng Trái Đất đo thế nào? Từ g0=GMR2g_0 = \dfrac{GM}{R^2} suy ra M=g0R2G=9,81⋅(6,37×106)26,67×10−11≈5,97×1024 kgM = \dfrac{g_0R^2}{G} = \dfrac{9{,}81\cdot(6{,}37\times10^6)^2}{6{,}67\times10^{-11}}\approx 5{,}97\times10^{24}\,\text{kg}; đây là cách "cân Trái Đất" khi đã biết GG.

Tiếp theoPhương pháp →