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

Trần Thị Thùy Linh Ngày: 02-03-2024 Lớp 11

174

Với giải Vận dụng trang 17 Chuyên đề Vật lí 11 Chân trời sáng tạo chi tiết trong Bài 3: Cường độ trường hấp dẫn giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải, từ đó biết cách làm bài tập Chuyên đề Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Biết khối lượng và bán kính trung bình của Trái Đất lần lượt là 5,97.10²⁴ kg

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 $g = G \frac{M_{T D}}{r^{2}} = G \frac{M_{T D}}{{(R_{T D} + h)}^{2}}$

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

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

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

$F = m g = 70.8, 63 = 604, 1 N$

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 $F = P - F_{q t} = m g - m a = m g - m g = 0$ . 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.