HỆ QUI CHIẾU TRÁI ĐẤT – TRỌNG LỰC, TRỌNG LƯỢNG –CON LẮC FOUCALT

Ta đã biết, Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt trời với chu kì T=24h. Vì vậy vận tốc góc củanó là6 27,3.10 rad / sT rất bé. Mặt khác, nếu xét trong một khoảng thời gian không lớn thì cóthể xem như chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời gần như là thẳng đều. Với hai điều kiện kể trênvà với một đòi hỏi chính xác không quá cao, ta hoàn toàn có thể xem hệ qui chiếu gắn với Trái Đất làmột hệ qui chiếu quán tính....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
HỆ QUI CHIẾU TRÁI ĐẤT – TRỌNG LỰC, TRỌNG LƯỢNG –CON LẮC FOUCALT HỆ QUI CHIẾU TRÁI ĐẤT – TRỌNG LỰC, TRỌNG LƯỢNG – CON LẮC FOUCALT 1. Hệ qui chiếu Trái Đất Ta đã biết, Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt trời với chu kì T=24h. Vì vậy vận tốc góc của 2nó là    7,3.106 rad / s rất bé. Mặt khác, nếu xét trong một khoảng thời gian không lớn thì có Tthể xem như chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời gần như là thẳng đều. Với hai điều kiện kể trênvà với một đòi hỏi chính xác không quá cao, ta hoàn toàn có thể xem hệ qui chiếu gắn với Trái Đất làmột hệ qui chiếu quán tính. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp đòi hỏi sự chính xác cao, ta phải quan tâm đến các lực quántính xuất hiện do Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời và chuyển động tự quay của nó gây nên. Chínhsự xuất hiện của các lực này làm ảnh hưởng đến một số đại lượng vật lý của các vật trên Trái Đất. Sauđây ta sẽ xét một vài trường hợp cụ thể. 1.1. Gia tốc rơi tự do A Xét một vật có khối lượng m đặt tại điểm A có vĩ độ địa lý là φ. Xét trong hệ qui chiếu gắn với Trái Đất. Vật chịu tác dụng của lựchấp dẫn của Trái Đất và lực quán tính li tâm do chuyển động tự quaycủa Trái Đất gây nên. R Mm R Ta có: FHD  G 2 .  mg 0 R R FLT  maLTvới g0 là gia tốc rơi tự do trên bề mặt Trái Đất. R là bán kính Trái Đất Hợp lực của 2 lực này được gọi là trọng lực của vật m: P  FHD  FLT  mgSuy ra mg  mg 0  maLT  m( g 0  aLT ) g  g 0  aLT Gia tốc này có phương không hướng về tâm Trái Đất và có giá trị gần đúng là g  g 0  aLT cos  g  g 0   2 r cos  với r là khoàng cách từ vật đến trục quay g  g 0   2 R cos 2  Từ đó ta nhận thấy rằng: g0  g   R cos  tức gia tốc rơi tự do ở bề mặt Trái Đất phụ thuộc 2 2vào vĩ độ địa lý. Ở những nơi khác nhau sẽ có giá trị gia tốc rơi tự do khác nhau. Ở xích đạo (φ=0) nócó giá trị cực tiểu và tại 2 cực (φ=900) nó sẽ có giá trị cực đại. Bằng các thí nghiệm, ta sẽ đo được gφ tại một vĩ độ địa lý bất kì. Bên cạnh đó ta cũng có số liệuvề vận tốc góc ω trong chuyển động tự quay của Trái Đất và bán kính R của Trái Đất. Từ đó ta suy rađược g0 tại nơi đó. Các phép tính đã cho ta thấy rằng tại xích đạo g0≈9,78 m/s2, tại 2 cực g0≈9,81 m/s2. Tuy nhiên, các số liệu tính theo cách này chỉ là những số liệu trung bình vì thực tế Trái Đất khôngphải là một quả cầu mà gần đúng là một elipsoid, dẹt ở 2 cực và phình to ở xích đạo. Bán kính ở xíchđạo lớn hơn bán kính ở 2 cực 21 km. Chính vì vậy gia tốc rơi tự do tăng theo vĩ độ địa lý nhanh hơn sovới kết quả tính theo lý thuyết trên. Bằng chứng là với các phép tính chính xác hơn, người ta tính đượcgia tốc ở 2 địa cực là 9,83 m/s2. Vậy qua đây ta thấy rằng, nếu ta tính đến việc xuất hiện của lực quán tính li tâm thì sẽ thông sốcủa gia tốc rơi tự do của một vật trên bề mặt Trài Đất sẽ thay đổi theo vĩ độ địa lý. Tuy độ lớn của lựcquán tính li tâm này là khá nhỏ nhưng ảnh hưởng của nó có vị trí khá quan trọng trong các công việc cóđòi hỏi độ chính xác cao. 1.2. Trọng lượng của vật Phần trọng lượng sẽ được nhóm chúng tôi trình bày kĩ hơn trong phần sau. Tuy nhiên ta biết rằng,trọng lượng của vật phụ thuộc vào gia tốc rơi tự do của vật đó. Mà gia tốc rơi tự do của vật lại phụthuộc vào vĩ độ địa lý như ta đã xét ở phần trên. Chính vì vậy, trọng lượng của vật cũng thay đổi theovĩ độ địa lý. Ngoài ra, việc xuất hiện của các lực quán tính còn có liên quan đến trạng thái tăng, giảm và khôngtrọng lượng sẽ được chúng tôi đề cập ở phần sau. 2. Trọng lực – Trọng lượng: Trọlượ ồ ọng lự ộ ủa ngôn ngữlựlượ ể Trọng lượng biểu kiến là sức nặng của vật được thể hiện qua giá trị đo của cân lò xo hay lực kế lòxo. Nó đặc trưng cho lực nén của vật lên mặt sàn hay lực căng do vật gây ra lên lò xo của lực kế khitreo vật vào. Ta xét một vật nằm yên trên bề mặt Trái Đất. Trong hệ qui chiếu Trái Đất vật không có gia tốcchuyển động, nên theo định luật 2 Newton, tổng cộng các lực tác động vào vật bằng không. N  FQT  FHD  0Trong đó N là phản lực do mặt đất tác dụng lên vật. FHD là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên vật. FQT là tổng các lực quán tính trong hệ quy chiếu phi quán Rtính gắn với Trá ...