Mặt trăng quay quanh trái đất là do giữa chúng có lực
|
Mặt trăng không rơi xuống Trái đất vì nó nằm trong một quỹ đạo. Một trong những điều khó khăn nhất để học về vật lý là khái niệm lực. Chỉ bởi vì có một lực tác động lên vật gì đó không có nghĩa là nó sẽ chuyển động theo hướng của lực. Thay vào đó, lực ảnh hưởng đến chuyển động theo hướng của lực nhiều hơn một chút so với trước đây. Ví dụ: nếu bạn lăn một quả bóng bowling thẳng xuống một làn đường, sau đó chạy lên bên cạnh nó và đá nó về phía rãnh nước, bạn tác dụng một lực về phía rãnh nước, nhưng quả bóng không đi thẳng vào rãnh nước. Thay vào đó, nó tiếp tục đi xuống làn đường, nhưng cũng bắt kịp một chút chuyển động theo đường chéo. Hãy tưởng tượng bạn đang đứng ở rìa của một vách đá cao 100m. Nếu bạn thả một tảng đá ra, nó sẽ rơi thẳng xuống vì nó không có vận tốc đầu, vì vậy vận tốc duy nhất mà nó nâng lên là hướng xuống từ lực hướng xuống. Nếu bạn ném tảng đá ra theo chiều ngang, nó sẽ vẫn rơi, nhưng nó sẽ tiếp tục di chuyển theo chiều ngang và rơi theo một góc. (Góc không đổi - hình dạng là một đường cong được gọi là parabol, nhưng điều đó tương đối không quan trọng ở đây.) Lực hướng thẳng xuống, nhưng lực đó không ngăn đá chuyển động theo phương ngang. Nếu bạn ném đá mạnh hơn, nó sẽ đi xa hơn và rơi ở một góc nông hơn. Lực tác dụng lên nó từ trọng lực là như nhau, nhưng vận tốc ban đầu lớn hơn nhiều và do đó độ lệch ít hơn. Bây giờ, hãy tưởng tượng ném hòn đá thật mạnh để nó đi một km theo phương ngang trước khi chạm đất. Nếu bạn làm điều đó, một cái gì đó hơi mới sẽ xảy ra. Tảng đá vẫn rơi nhưng phải hơn 100m mới rơi xuống đất. Lý do là Trái đất bị cong, và khi tảng đá di chuyển ra ngoài hàng km đó, Trái đất thực sự bị cong bên dưới nó. Trong một km, nó cho thấy Trái đất cong đi khoảng 10 cm - một sự khác biệt nhỏ, nhưng là một sự thật. Khi bạn ném tảng đá thậm chí còn mạnh hơn thế, sự uốn cong của Trái đất bên dưới càng trở nên đáng kể. Nếu bạn có thể ném tảng đá đi 10 km, Trái đất sẽ cong đi 10 mét, và trong 100 km ném trái đất cong đi cả km. Bây giờ hòn đá phải rơi xuống một đoạn rất dài so với vách đá 100m mà nó đã rơi xuống. Hãy xem hình vẽ sau. Nó được tạo ra bởi Isaac Newton, người đầu tiên hiểu được quỹ đạo. IMHO, đó là một trong những biểu đồ vĩ đại nhất từng được tạo ra.
 Điều nó cho thấy rằng nếu bạn có thể ném đá đủ mạnh, Trái đất sẽ cong ra khỏi bên dưới đá nhiều đến mức tảng đá thực sự không bao giờ tiến gần đến mặt đất hơn. Nó đi hết một vòng trong vòng tròn và có thể đập vào đầu bạn! Đây là quỹ đạo. Đó là những gì vệ tinh và mặt trăng đang làm. Chúng tôi thực sự không thể làm điều đó ở đây gần bề mặt Trái đất do sức cản của gió, nhưng trên bề mặt của mặt trăng, nơi không có khí quyển, bạn thực sự có thể có quỹ đạo rất thấp. Đây là cơ chế mà mọi thứ "ở lại" trong không gian. Lực hấp dẫn sẽ yếu đi khi bạn ra xa hơn. Lực hấp dẫn của Trái đất ở mặt trăng yếu hơn nhiều so với ở vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp. Vì lực hấp dẫn ở mặt trăng yếu hơn rất nhiều nên mặt trăng quay quanh quỹ đạo chậm hơn nhiều so với Trạm vũ trụ quốc tế. Mặt trăng mất một tháng để đi một vòng. ISS mất vài giờ. Một hệ quả thú vị là nếu bạn đi ra ngoài với khoảng cách vừa phải, khoảng sáu bán kính Trái đất, bạn sẽ đạt đến điểm mà lực hấp dẫn bị suy yếu đủ để một quỹ đạo quay quanh Trái đất mất 24 giờ. Ở đó, bạn có thể có "quỹ đạo không đồng bộ địa lý", một vệ tinh quay xung quanh sao cho nó ở trên cùng một điểm trên đường xích đạo của Trái đất khi Trái đất quay. Mặc dù lực hấp dẫn sẽ yếu đi khi bạn ra xa hơn, nhưng không có khoảng cách nào là giới hạn. Về lý thuyết, lực hấp dẫn kéo dài vĩnh viễn. Tuy nhiên, nếu bạn đi về phía mặt trời, cuối cùng lực hấp dẫn của mặt trời sẽ mạnh hơn lực hấp dẫn của Trái đất, và sau đó bạn sẽ không quay trở lại Trái đất nữa, thậm chí còn thiếu tốc độ quay quỹ đạo. Điều đó sẽ xảy ra nếu bạn đã đi khoảng 0,1% khoảng cách tới mặt trời, hoặc khoảng 250.000 km, hoặc 40 bán kính Trái đất. (Khoảng cách này thực sự nhỏ hơn khoảng cách tới mặt trăng, nhưng mặt trăng không rơi vào Mặt trời vì nó quay quanh mặt trời, giống như chính Trái đất vậy.) Vì vậy, mặt trăng "rơi" về phía Trái đất do lực hấp dẫn, nhưng không tiến lại gần Trái đất hơn vì chuyển động của nó là một quỹ đạo và động lực của quỹ đạo được xác định bởi cường độ của lực hấp dẫn tại khoảng cách đó và bởi định luật chuyển động của Newton. lưu ý: phỏng theo câu trả lời tôi đã viết cho một câu hỏi tương tự trên quora TPO - Thủy triều là hiện tượng nước biển lên xuống trong một chu kỳ biến chuyển thiên văn. Thuỷ triều xảy ra do lực hút của mặt trăng tác động lên vỏ trái đất. Câu hỏi là tại sao mặt trăng xa trái đất như vậy mà vẫn có hiện tượng thủy triều?
Mặt trăng là thiên thể gần nhất so với Trái đất trong vũ trụ. Khoảng cách trung bình giữa Mặt trăng và Trái đất là 384.400km. Nếu như con người đi bộ từ Trái đất đến Mặt trăng thì phải mất khoảng thời gian là 9 năm. Nếu như đi phi thuyền vũ trụ thì mỗi lần đi về từ Trái đất đến mặt trăng phải mất hơn 7 ngày. Sức hút lẫn nhau giữa Mặt trăng và Trái đất có xu hướng làm cho chúng xích lại gần nhau. Nhưng sức hút này được bù bằng lực quay ly tâm của Trái đất, cũng như của Mặt trăng, xung quanh tâm quán tính của chúng. Ở tâm Trái đất, lực ly tâm và lực hút từ Mặt trăng bù nhau. Nhưng đây không phải là trường hợp tại một điểm nào đó trên mặt đất vì hai lực thay đổi theo chiều ngược nhau: một điểm càng xa trọng tâm của Trái đất - Mặt trăng, lực ly tâm mà nó phải chịu sẽ càng lớn, trong khi ngược lại, sức hút của Mặt trăng giảm theo khoảng cách. Do đó, hai lực không bù nhau trên bề mặt của Trái đất và sự chênh lệch của chúng là nguồn gốc của thủy triều: ở điểm A, lực ly tâm không đủ để cân bằng với sức hút, vì vậy A có xu hướng dịch chuyển về phía Mặt trăng. Ngược lại, ở điểm B lực ly tâm lớn hơn so với lực của Mặt trăng, do đó, B có xu hướng rời xa nó. Đó là lý do trên Trái đất có hai lần thủy triều mỗi ngày. Hiện tượng hút vi phân này tác động đến toàn bộ bề mặt của Trái đất, nhưng chỉ sự biến dạng của đại dương là dễ nhận thấy, còn vỏ Trái đất quá rắn nên hình dạng của nó khó thay đổi. Sự biến dạng này tăng lên khi Mặt trời nằm tháng hàng với Mặt trăng và Trái đất, khi ấy thêm vào hiệu ứng thủy triều riêng của nó. Chính vì vậy vào lúc trăng non và trăng tròn thủy triều là mạnh nhất. Clip nguồn youtube Hàng ngày, có 2 lần thủy triều lên và 2 lần thủy triều xuống. Mỗi ngày thủy triều lại xuất hiện muộn hơn khoảng 1 giờ so với ngày hôm trước. Bởi mỗi ngày, Mặt trăng phải thực hiện một phần vòng quay luân chuyển xung quanh Trái đất nên Mặt trăng bị chênh 1 giờ mới trở lại đúng cùng một điểm cũ. Biên đồ của thủy triều (độ chênh lệch mực nước biển khi thủy triều lên và xuống) rất khác nhau. Ở các đại dương, biên độ này là 1m, ở các biển kín và nhỏ thì ít hơn: khoảng 30cm, nhưng ở các cửa sông và eo biển có thể lên tới 17m. Những điều thú vị về thủy triều Trái đất quay quanh chính mình trong 24h còn mặt trăng cần đến 27,3 ngày để quay quanh Trái Đất. Dù ở bất cứ nơi nào trên trái đất, sau 24h, bạn cũng phải chờ trăng chuyển động thêm 50 phút thì mới lại thấy trăng lần nữa ở vị trí trực tiếp ngay trên đầu mình. Trong cả 2 pha trăng mới mọc (tối, mặt trăng nằm giữa trái đất, mặt trời và được mặt trời chiếu sáng phía sau) và trăng tròn (sáng nhất, trái đất nằm giữa trăng và mặt trời), lực hấp dẫn lên trái đất là cao nhất, bằng tổng tác động của mặt trời lẫn mặt trăng. Điều này lý giải vì sao hiện tượng thủy triều có 2 thời điểm lên cao nhất là ngày trăng mới xuất hiện và ngày trăng tròn. Khi trăng ở các pha lưỡi liềm (thấy được ¼) và trăng khuyết (¾), lực hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng trên trái đất sẽ tạo thành một góc 45 độ. Khi tổng lực này đạt mức cao nhất, trái đất đang ở một vị trí nào đó giữa mặt trăng và mặt trời. Thời gian để trái đất di chuyển tới vị trí này có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn vài giờ so với khi mặt trăng lên cao nhất trên bầu trời. Vì vậy thủy triều dâng cao nhất sẽ xảy ra trước hoặc sau khi mặt trăng ở vị trí cao nhất trên trời. Clip nguồn youtube Thủy triều cạn là thủy triều yếu nhất, xảy ra khi mặt trăng đang ở pha hay phần tư đầu tiên hoặc cuối cùng (thấy được ½), là lúc lực hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng lên trái đất tạo thành góc 90 độ nên có thể loại trừ lẫn nhau gần như hoàn toàn. Việc dự đoán thủy triều đôi khi sẽ khó khăn hơn vì mặt trăng không quay quanh trái đất trực tiếp ngay đường xích đạo mà quỹ đạo của trăng nghiêng một góc 5 độ so với mặt phẳng mà trái đất quay quanh mặt trời. Quỹ đạo tự quay quanh mình của trái đất cũng nghiêng 23,5 độ so với mặt phẳng này, tạo ra các mùa khác nhau. Vì vậy mức thủy triều cao nhất trong mỗi ngày sẽ luôn ở trên hoặc dưới đường xích đạo. Đó là lý do vì sao thủy triều chỉ dâng cao một lần trong ngày tại những nơi có thủy triều.
Ngày mai, Việt Nam quan sát được nhật thực một phần
Tại sao khi cất cánh và hạ cánh máy bay là lúc nguy hiểm nhất?
1001 thắc mắc: Lí do gì khiến ngựa thích ngủ đứng?
Khỉ đực nổi điên khi phát hiện con cái 'ngoại tình'
1001 thắc mắc: Cá mập trắng bị sát thủ nào hạ gục?
1001 thắc mắc: Hổ - Sư tử, kẻ nào thực sự là chúa sơn lâm?
Vì sao ‘chúa tể bầu trời’ phải đập gãy mỏ, bẻ móng vuốt năm 40 tuổi
Tàu ngầm lặn thế nào, sao phóng ngư lôi lại không bị nước tràn vào? |
