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
Trái đất là hành tinh thứ ba tính từ Mặt trời, đồng thời cũng là hành tinh lớn nhất trong các hành tinh đất đá của hệ Mặt trời xét về bán kính, khối lượng và mật độ vật chất...
* Nhân dịp đầu xuân, cháu muốn GS giới thiệu tóm tắt cho chúng cháu những hiểu biết cơ bản nhất về Trái đất, Mặt trời và Mặt trăng?
Bạn Vi Thị Minh [Chi Lăng, Lạng Sơn]
Trái đất là hành tinh thứ ba tính từ Mặt trời, đồng thời cũng là hành tinh lớn nhất trong các hành tinh đất đá của hệ Mặt trời xét về bán kính, khối lượng và mật độ vật chất.
Trái đất hình thành cách đây 4,55 tỷ năm. Sự sống xuất hiện cách đây khoảng 3,5 tỷ năm và có thể tồn tại khoảng 1,5 tỷ năm nữa [sau đó kích thước Mặt trời tăng lên và làm tiêu diệt mọi sự sống].
Trái đất có hình cầu hơi bẹt về hai cực [đường kính xích đạo lớn hơn 43 km so với đường kính đo theo hai cực]. Khối lượng Trái đất là 5,9722 x 1024kg.
Bán kính của Trái đất là 6.371 km. Diện tích Trái đất là 510.000.000 km2. Nước bao bọc tới 70,8% bề mặt Trái đất. Trái đất quay một vòng quanh Mặt trời hết 365,25696 ngày với tốc độ trung bình là 29,783 km/giây. Nhân loại tính đến ngày 1/1/2016 là 7,34 tỷ người.
Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm Hệ Mặt trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng của Hệ Mặt trời. Mặt trời hình thành cách đây 4,57 tỷ năm. Mỗi giây có hơn 4 triệu tấn vật chất trong lõi của Mặt trời được chuyển thành năng lượng dưới dạng ánh sáng hỗ trợ cho hầu hết sự sống trên Trái đất thông qua quá trình quang hợp và điều tiết khí hậu thời tiết trên Trái đất.
Thành phần của Mặt trời gồm Hydro [74% khối lượng], Heli [24% khối lượng] và một lượng nhỏ các nguyên tố khác. Mặt trời có đường kính khoảng 1,392 x 106km, có diện tích khoảng 6,0877 x 106 km2, với thể tích 1,4122 x 1018 km3 và với khối lượng khoảng 1,9891 x 1030 kg.
Đa phần các thiên thể quay quanh Mặt trời, và khối lượng tập trung chủ yếu vào 8 hành tinh có quỹ đạo gần tròn và mặt phẳng quỹ đạo gần trùng khít với nhau gọi là mặt phẳng hoàng đạo. Bốn hành tinh nhỏ vòng trong gồm: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa - người ta cũng còn gọi chúng là các hành tinh đá do chúng có thành phần chủ yếu từ đá và kim loại.
Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm trong Hệ Mặt trời. Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái đất đến Mặt trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái đất.
Đường kính xích đạo của Mặt trăng là 3.476,2 km, tức là hơn một phần tư đường kính Trái đất. Diện tích Mặt trăng là 3,793 x 107 km2. Khối lượng Mặt trăng là 7,347673 x 1022kg, khoảng bằng 2% khối lượng Trái đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái đất.
Mặt trăng quay một vòng quanh Trái đất với chu kỳ quỹ đạo 27,321661 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái đất - Mặt trăng - Mặt trời là nguyên nhân gây ra các pha Mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt trăng có chu kỳ quay quanh quỹ đạo là 2,413402 km với tốc độ 1,022 km/giây. Mặt trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái đất ở tất cả mọi thời điểm.
“Từ Trái Đất nhìn lên chỉ thấy một mặt của Mặt Trăng còn mặt kia giống như bị e thẹn mà luôn dấu đi, ta không nhìn thấy được. Cùng với sự phát triển ngày càng tốt của các thiết bị thiên văn, người ta đã hiểu được tương đối rõ phía Mặt Trăng hướng về Trái Đất, nhưng phía dấu mặt kia thì còn biết rất ít.
Ngày nay người ta dùng những thiết bị vũ trụ mang người người và không mang người bay đến phía sau Mặt Trăng để chụp ảnh, dùng sóng vô tuyến truyền về hoặc trực tiếp mang ảnh về Trái Đất, như thế mới biết được nó như thế nào. Ngược lại với mặt chính, địa hình sau của Mặt Trăng lồi lõm không bằng phẳng, nhấp nhô rất rõ. Mặt bằng chỉ chiếm diện tích rất ít, còn phần lớn là các dãy núi vòng tròn.
Mặt Trăng vì sao lại mãi mãi chỉ có một mặt hướng về Trái Đất, còn mặt kia không quay lại?
Đó là vì Mặt Trăng một mặt quay quanh Trái Đất, một mặt nó tự quay. Hơn nữa thời gian nó tự quay một vòng vừa bằng với thời gian nó quay quanh Trái Đất một vòng đều là 27,3 ngày. Cho nên khi Mặt Trăng quay quanh Trái Đất được một góc thì nó cũng vừa đúng quay quanh mình một góc như thế. Nếu Mặt Trăng quay quanh Trái Đất được 3600 thì cũng vừa đúng nó tự quay một vòng, cho nên nó chỉ có một mặt hướng về Trái Đất còn mặt kia luôn luôn ngược lại với Trái Đất.
Bởi vì Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất theo quỹ đạo hình elíp, tốc độ quay không đồng đều như tốc độ tự quay. Trục tự quay của nó lại không vuông góc với mặt phẳng chứa quỹ đạo quay quanh Trái Đất, do đó chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phần của Mặt Trăng. Như vậy tính ra ta chỉ có thể nhìn thấy phần Mặt Trăng sáng chiếm khoảng 59% diện tích của bề mặt Mặt Trăng.
Chính xác ra thì chu kỳ tự quay của Mặt Trăng và chu kỳ Mặt Trăng quay quanh Trái Đất không phải luôn luôn như nhau. Mấy tỷ năm trước tốc độ tự quay của Mặt Trăng nhanh hơn ngày nay rất nhiều. Vì lực hút của Trái Đất mạnh khiến cho tốc độ tự quay của Mặt Trăng giảm dần, đến nay vừa đúng bằng với chu kỳ quay quanh Trái Đất của nó.
Trong tương lai Mặt Trăng sẽ dần dần cách xa Trái Đất, cho nên chu kỳ Mặt Trăng quay quanh Trái Đất sẽ dài ra, còn chu kỳ tự quay của Trái Đất cũng sẽ dài ra. Ước khoảng 5 tỷ năm nữa, một lúc nào đó một ngày trên Trái Đất sẽ bằng với thời gian một vòng Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, tức là một ngày bằng với một tháng, tương đương với 43 ngày hiện nay. Lúc đó một mặt của Trái Đất lại hướng về Mặt Trăng chứ không còn là một mặt của Mặt Trăng hướng về Trái Đất . Những người sống ở phía sau của Trái Đất không hướng về Mặt Trăng phải đi một cuộc du lịch rất dài mới có thể nhìn thấy bề mặt bên kia của Mặt Trăng.”
Twitter Facebook LinkedIn