- reset +
Home

Home Chủ đề khác Bạn có nhẹ hơn khi ở Sao Hỏa?

Bạn có nhẹ hơn khi ở Sao Hỏa?

Share

Nhân có một bạn trẻ hỏi tôi về sự khác nhau giữ khối lượng và trọng lượng, tôi có xem một số bài viết có liên quan trên nhiều tờ báo và tài liệu. Có một hiểu nhầm khá phổ biến thường xuất hiện ở các tài liệu này khi nói về sự thay đổi của lực hấp dẫn khi bạn từ Trái Đất đi tới các thiên thể khác.

 

Nếu hay theo dõi các bài báo về vật lý và thiên văn, hoặc đơn giản hơn là xem qua các tác phẩm viễn tưởng: phim, truyện ... thì bạn không còn xa lạ gì với việc người ta nói con người có thể nhảy cao hơn, xa hơn khi ở các thiên thể nhỏ hơn Trái Đất như Mặt Trăng, Sao Hỏa, ... với lí do là ở đó thì mọi thứ trở nên "nhẹ hơn". Điều này có đúng hay không?

Trước hết, khi nói về "nhẹ" thì chúng ta phải xét xem nhẹ ở đây là nhẹ về khối lượng hay trọng lượng. Một cách dễ hiểu nhất:
- Khối lượng là toàn bộ lượng vật chất chứa trong một vật thể nào đó.
- Trọng lượng là giá trị của lực hấp dẫn giữa hai vật thể bất kì, thường được hiểu là lực hấp dẫn của các thiên thể lớn (chẳng hạn các hành tinh) tác động lên vật chứa khối lượng.

Với trường hợp một vật thể rất lớn như một hành tinh hút lấy các vật thể có khối lượng không đáng kể so với nó như con người, ngôi nhà hay thậm chí ngọn núi thì người ta thường tính trọng lượng của các vật bằng một phương pháp gần đúng (sai số rất nhỏ do khối lượng các vật là không đáng kể so với thiên thể) là lấy khối lượng (tính bằng kg) của vật nhân với giá trị tương đối của gia tốc trọng trường mà thiên thể tác động lên vật. Chẳng hạn ở Trái Đất gia tốc trọng trường được lấy giá trị gần đúng là khoảng 9,8 m/s², có nghĩa là một người nặng 70kg thì sẽ chịu lực hấp dẫn của Trái Đất là khoảng 686N (Newton). 686N đó là độ lớn của lực hấp dẫn mà Trái Đất hút người có khối lượng 70kg, và nó được gọi là trọng lượng của người đó ở Trái Đất.

Như trên đã nói, cách tính như trên là gần đúng, thực tế thì lực hấp dẫn được tính theo công thức của Newton là:

F = G.m1.m2/r²

Trong đó F là giá trị của lực hấp dẫn, m1 và m2 là khối lượng của hai vật thể, r là khoảng cách giữa chúng, còn G là hằng số hấp dẫn có giá trị gần đúng là 6,67x10^-11 Nm²/kg²

Nếu lấy khối lượng của Trái Đất là 6.10^24 kg và khoảng cách giữa Trái Đất và người làm thí nghiệm chính là khoảng cách từ tâm Trái Đất tới bề mặt của nó, tức là bán kính Trái Đất là 6.378.000 mét, bạn sẽ tính ra kết quả lực hấp dẫn lên người có khối lượng 70kg là 688N.

Với m1 là khối lượng Trái Đất và m2 là khối lượng vật thể, vì m2 là không đáng kể với m1 nên người ta tính gia tốc trọng trường trung bình bằng công thức :

a = Gm1/r²

Thay các số vào bạn cũng sẽ thấy nó ra là khoảng 9,84 m/s²

Tất nhiên khối lượng và bán kính Trái Đất như nêu trên là không hoàn toàn chính xác mà chỉ là con số tượng đối, và thực ra bán kính ở xích đạo Trái Đất lớn hơn bán kính khi đi về phía cực một chút nên có thể thấy hai cách tính này đưa ra kết quả giống nhau.

Bây giờ ta hãy quay lại lí do chính mà tôi dẫn công thức Newton nêu trên ra, đó là chúng ta có thể thấy lực hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng hai vật thể và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Như vậy nếu giả sử Trái Đất có khối lượng nhỏ hơn, thì lực hấp dẫn đương nhiên cũng nhỏ hơn, tức là trọng lượng của mọi vật trên nó khi đó sẽ nhỏ hơn. Hay giả sử ta lấy Sao Hỏa làm thí nghiệm, thì khi xét tới các thông số của nó chúng ta thấy khối lượng của nó chỉ bằng khoảng 1/10 khối lượng Trái Đất còn bán kính thì chỉ bằng hơn nửa bán kính Trái Đất. Áp dụng công thức tính gia tốc trọng trường nêu trên thì ta thấy gia tốc này tỷ lệ với khối lượng hành tinh và tỷ lệ nghịch với bình phương bán kính của nó, tức là qua một so sánh nhanh thì chúng ta sẽ ước tính là gia tốc trọng trường ở Sao Hỏa chỉ khoảng 40% ở Trái Đất. Tất nhiên các con số này như đã nói là tôi chỉ đưa ra một cách tương đối, trên thực tế thì các nhà khoa học đã tính được gia tốc trọng trường tương đối ở Sao Hỏa là bằng 38% gia tốc trọng trường của Trái Đất. Điều đó có nghĩa là một vật thể không thay đổi khối lượng thì ở Sao Hỏa sẽ chịu một lực hút chỉ bằng 38% lực hút hấp dẫn như khi ở Trái Đất.

Tại nhiều nơi người ta liền viết là: như vậy người nặng 100kg khi ở Sao Hỏa chỉ còn 38kg. Tất nhiên nếu bạn mang một cái cân lên Sao Hỏa và cân một anh chàng nặng 100kg lên thì cân sẽ cho số chỉ là 38kg, và bạn có thể nói kết luận đó là không sai. Tuy nhiên, bạn nên biết rằng tất cả các loại cân dân dụng của chúng ta dùng hàng ngày là các thiết bị đo trọng lượng chứ không phải đo khối lượng, người ta đã lợi dụng lực hấp dẫn của hành tinh để đo trọng lượng của vật và qua đó suy ngược ra khối lượng của nó. Khi bạn mang chiếc cân đó tới hành tinh khác thì phép đổi của chiếc cân đã không còn chính xác nữa vì hệ số để đổi là chính là gia tốc trọng trường của hành tinh đã thay đổi.

Về cơ bản, ở những điều kiện thông thường, với những vật chất thông thường mà chúng ta tiếp xúc, thì vật không thay đổi khối lượng nếu đưa từ nơi này sang nơi khác. Vì thế khi nói từ "vật nhẹ hơn khi ở trên Sao Hỏa" thì phải hiểu là nhẹ theo nghĩa trọng lượng chứ không phải khối lượng. Ngoài ra còn một chú ý quan trọng nữa mà tôi sẽ nêu dưới đây.

 

Có phải bạn sẽ trở thành siêu nhân?

Trong một số tác phẩm viễn tưởng, người ta cho rằng ở những hành tinh có lực hấp dẫn yếu hơn con người ta có thể dễ dàng di chuyển những vật có sức nặng rất lớn mà thường ngày không thể làm được. Trên thực tế đó là những chi tiết thiếu chính xác.

Bạn đã biết rằng lực hấp dẫn giữa hai vật thể chỉ có một phương duy nhất là phương giữa trọng tâm của hai vật thể. Đối với trọng lực của các hành tinh tác động lên một vật trên nó, phương đó là phương từ vật (hay chính xác là trọng tâm của vật) tới tâm của hành tinh, có nghĩa là khi đứng trên mặt đất thì sẽ thấy nó hướng thẳng đứng xuống dưới. Như vậy giả sử bạn mang một vật lên Sao Hỏa, nó sẽ chỉ chịu một lực kéo xuống dưới bằng 40% so với khi ở Trái Đất. Do vậy khi bạn cố gắng nâng nó lên khỏi mặt đất thì bạn sẽ thấy nó nhẹ hơn khá nhiều so với ở Trái Đất.

Nhưng hãy lưu ý, điều đó không có nghĩa bạn sẽ dễ dàng di chuyển bất cứ vật gì có khối lượng lớn bằng 250% khối lượng mà thông thường bạn có thể di chuyển. Vì khi di chuyển một vật, thì ngoài thắng được lực hấp dẫn, bạn còn phải thắng được quán tính của nó nữa. Chúng ta lại phải nhớ tới Newton, định luật thứ hai của Newton có biểu thức là F = m.a , điều đó có nghĩa bạn muốn "tặng" cho một vật có khối lượng m một gia tốc a thì bạn cần tác động vào nó một lực F có giá trị bằng tích của khối lượng và gia tốc bạn muốn cho nó. Điều đó có nghĩa là khối lượng đóng một vai trò không nhỏ, và khối lượng thì lại không đổi cho dù hành tinh lớn nhỏ ra sao.

Trên Trái Đất, lực để thắng hấp dẫn mà nâng vật lên đóng vai trò lớn trong việc nâng các vật khỏi mặt đất, còn với việc di chuyển ngang thì lực mà bạn tiêu tốn chính lại là lực để thắng được quán tính. Chẳng hạn: bạn không thể nhấc một chiếc xe taxi khỏi mặt đất, nhưng lại có thể đẩy nó đi nếu tập trung sức, vì lực hấp dẫn khi này chỉ đóng vai trò chính là níu nó xuống mặt đường gây ra ma sát, còn lực mà bạn bỏ ra chủ yếu chỉ để thắng được quán tính của nó. Thế nhưng bạn không làm được thế với những chiếc xe tải có khối lượng rất lớn, ngay cả khi ma sát không còn đáng kể, hay bạn có đổ dầu vào bánh xe để chống ma sát, đó là vì khối lượng của nó lớn thì đòi hỏi lực lớn.

Giả sử rằng chiếc xe tải loại nhỏ có khối lượng chỉ gấp đôi chiếc taxi trong ví dụ trên, bạn có thể cố gắng đẩy chiếc taxi nhưng không tài nào đẩy được chiếc xe tải. Khi mang hai chiếc xe này tới Sao Hỏa và đặt lên bàn cân, trọng lượng của chúng chỉ còn 40%, bạn sẽ thấy số chỉ trên cân của chiếc xe tải bây giờ còn nhỏ hơn của chiếc taxi khi đo ở Trái Đất. Thế nhưng chắc chắc rằng bạn vẫn ... không cách nào đẩy chiếc xe tải này chuyển động được nếu như không có một điều kì diệu nào đó xảy ra. Việc tương tự cũng xảy ra nếu bạn nghĩ mình có thể dễ dàng nhấc bổng một tảng đá lớn và ném nó đi ở những nơi có trọng lực yếu như trong truyện tranh Doraemon hay các tác phẩm viễn tưởng tương tự. Lực hấp dẫn tất nhiên vẫn đóng một vai trò nào đó làm bạn thấy mình khỏe thêm đôi chút khi ở nơi trọng lực thấp, nhưng sẽ không đủ để bạn làm được những điều kì diệu.

Hình minh họa: cảnh này thực tế không thể xảy ra khi bạn tới các hành tinh khối lượng nhỏ. Cùng một lực phát ra như ở Trái Đất thì việc này là không thể thực hiện, chưa tính tới việc sống trong môi trường trọng lực thấp một thời gian thì khả năng phát lực của cơ bắp sẽ bị giảm đáng kể. (Hình ảnh trong truyện Doraemon: Bí mật hành tinh màu tím do NXB Kim Đồng dịch)

 

Như vậy, khi nói "chúng ta nhẹ hơn khi ở Sao Hỏa" là một phát biểu chưa chính xác do chưa được làm rõ là nhẹ về khối lượng hay trọng lượng. Trong khi đó các phát biểu "người 100kg chỉ còn 38kg khi ở Sao Hỏa", "bạn có thể dễ dàng thành lực sĩ khi ở Sao Hỏa" , ... là những phát biểu sai và có thể gây hiểu nhầm.

Hi vọng bài viết này giúp được một số độc giả về những khái niệm khối lượng, trọng lượng và các yếu tố liên quan.

Đặng Vũ Tuấn Sơn
VACA


Vui lòng ghi rõ tên tác giả và nguồn Thienvanvietnam.org khi bạn sử dụng bài viết này.

Share
comments
 

HỘI THIÊN VĂN HỌC TRẺ VIỆT NAM

Vietnam Astronomy and Cosmology Association (VACA)

Văn phòng: 90b Khương Đình, quận Thanh Xuân, Hà Nội

Điện thoại: 091.530.1116; Email: info@thienvanvietnam.org