250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 51)

Vận tốc thoát

1728

Isaac Newton (1642-1727)

Bắn một mũi tên thẳng lên không trung, sớm muộn gì nó cũng rơi trở xuống. Kéo dây cung ra sau càng nhiều, thì mũi tên mất càng nhiều thời gian để rơi xuống. Vận tốc ném tại đó mũi tên sẽ không bao giờ trở lại Trái Đất nữa được gọi là vận tốc thoát, v_e, và nó có thể được tính bằng một công thức đơn giản: v_e = [(2GM)/r]^1/2, trong đó G là hằng số hấp dẫn, và r là khoảng cách giữa cung tên và tâm Trái Đất, M là khối lượng Trái Đất. Nếu chúng ta bỏ qua sức cản không khí và các lực khác, và bắn mũi tên với một thành phần vận tốc thẳng đứng nào đó (theo đường xuyên tâm so với Trái Đất), thì v_e = 6,96 dặm trên giây (11,2 km/s). Đây đảm bảo là một mũi tên nhanh giả định thôi, vì nó sẽ phải được bắn ra ở tốc độ gấp 34 lần tốc độ âm thanh! Lưu ý rằng khối lượng của vật bị ném (cho dù là mũi tên hay con voi) không ảnh hưởng đến vận tốc thoát của nó, mặc dù nó thật sự ảnh hưởng đến năng lượng cần thiết để đưa vật thoát ra. Công thức cho v_e giả định một hành tinh cầu đồng đều và vật bị ném nhỏ hơn nhiều so với khối lượng hành tinh. Đồng thời, v_e tương đối so với bề mặt Trái Đất bị ảnh hưởng bởi chuyển động quay của Trái Đất nữa. Ví dụ, mũi tên bắn về hướng đông trong khi đứng tại xích đạo Trái Đất có v_e bằng khoảng 6,6 dặm/giây (10,7 km/s) so với Trái Đất.

Lưu ý rằng công thức v_e áp dụng cho thành phần thẳng đứng “một lần” của vận tốc cho vật bị ném. Một phi thuyền tên lửa không cần phải đạt ngay tới tốc độ này vì nó có thể tiếp tục đốt động cơ khi nó chuyển động.

Mục này được tính cho năm 1728, năm xuất bản cuốn Một Chuyên luận về Hệ thống Thế giới của Isaac Newton, trong đó ông dự tính bắn một quả đạn pháo ở những tốc độ cao khác nhau và xét quỹ đạo của viên đạn so với Trái Đất. Công thức vận tốc thoát có thể được tính bằng nhiều cách, trong đó có cách tính từ Định luật Vạn vật Hấp dẫn của Newton (1687), định luật nói rằng các vật hút lẫn nhau với một lực tỉ lệ với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Lunar 1

Lunar 1 là vật thể nhân tạo đầu tiên đạt tới vận tốc thoát của Trái Đất. Được Liên Xô phóng lên vào năm 1959, nó là phi thuyền vũ trụ đầu tiên đi tới Mặt Trăng.

XEM THÊM. Mặt dốc đẳng thời (1673), Các Định luật Newton về Chuyển động và Lực hấp dẫn (1687), Lỗ đen (1783), Vận tốc tới hạn (1960).

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>