Cái nào nặng hơn: 1 kg lông chim hay 1 kg vàng?

VNR Content

24/08/2016

Một câu đố kinh điển hầu như hồi bé chúng ta đều được hỏi, và ai cũng nghĩ hiển nhiên câu trả lời là như nhau. Tuy nhiên, các nhà vật lý có câu trả lời khác và nó được SciFix diễn giải lại một cách dễ hiểu như trong bài viết dưới đây.

Đầu tiên, phải nói rằng nếu đem cả hai thứ đặt lên cân điện tử thì chúng ta đều xác nhận chúng có số kg cân nặng bằng nhau.

Tuy nhiên, kg là đơn vị đo của khối lượng, trong khi trọng lượng có đơn vị đo là Newton. Hai khái niệm khối lượng và trọng lượng hoàn toàn khác nhau. Chiếc cân kỹ thuật số của chúng ta thực ra là đo trọng lượng chứ không phải khối lượng, bằng cách chuyển đổi trọng lượng sang khối lượng. Cụ thể, 1kg quy đổi sang được 814 N (newtons). Để chuyển đổi từ trọng lượng (đơn vị newton) sang khối lượng (kg) chúng ta có công thức: Khối lượng = trọng lượng chia lực hấp dẫn của Trái Đất (g= 9,81 m/s2 tức là xấp xỉ gần 10m/s2).

Như vậy, chúng ta có 814N chia 9,81 m/s2. Kết quả thu được là gần 83 kg = 83 x2,2 = 182,6 lbs (pounds)

Vậy khối lượng và trọng lượng khác gì nhau?

Khối lượng là lượng vật chất trong đối tượng đó. Khối lượng của vật thể không thay đổi, dù nó ở trên Trái đất, trên Mặt Trăng hay trên sao Hỏa... Nó không đổi cho dù ở trong các điều kiện khác nhau. ;

Trong khi đó, trọng lượng của một vật là lực hấp dẫn trên đối tượng đó nên nó có thể thay đổi. Công thức tính trọng lượng là khối lượng x lực hấp dẫn. Vùng có lực hấp dẫn nhẹ nhất trên Trái Đất là ở Sri Lanka. Chúng ta có thể nói trọng lượng của bạn thay đổi hàng ngày.

Do vậy, trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường nhầm lẫn hai khái niệm trọng lượng và khối lượng. Không ai trong chúng ta nói rằng "Tôi nặng 800 newtons" mà đều nói rằng trọng lượng tính bằng kilogram. Trong khi trong thế giới vật lý khẳng định trọng lượng được tính bằng newton.

Điều đáng ngạc nhiên là lực hấp dẫn không tồn tại ở sao Kim. Sao kim là hành tinh có năng lượng thấp nhất trong hệ mặt trời, với 0,786 g/cm3. Lực hấp dẫn ở Trái Đất cũng không nhẹ hơn ở sao Thổ, cho dù hành tinh này có đường kính lớn hơn Trái Đất. Lực hấp dẫn trên sao Kim lớn hơn ở Trái Đất 7%. Mặt Trăng nhỏ hơn Trái Đất, lực hấp dẫn trên Mặt Trăng chỉ bằng 1/6 so với Trái Đất (1,63m/s2) cho phép bạn nhảy cao tới 3 mét tới 6 lần liên tiếp.

Giả sử chúng ta đo trọng lượng của các vật thể trên Trái đất, chúng ta cũng còn phải tính đến tác động của bầu khí quyển của Trái đất, đặc biệt là lực đẩy gây ra. Lực đẩy (còn gọi là lực đẩy Ác-si-mét - lực tác động bởi một chất lưu (chất lỏng hay chất khí) lên một vật thể nhúng trong nó, khi cả hệ thống nằm trong một trường lực (như trọng trường hay lực quán tính). Chúng ta có thể thấy rõ lực đẩy trong nước nếu chúng ta cố ấn một quả bóng chìm xuống, nhưng nó lại bật nổi trở lại mặt nước. Điều này cũng xảy ra cả trong không khí.

Quay trở lại câu hỏi có một kg vàng và một kg lông vũ. Hãy đặt nó lên bàn cân và chúng ta có thể thấy là chúng nặng bằng nhau. Nó vẫn cân bằng như vậy trong trường hợp khí hậu có thay đổi, chúng ta có thể chứng minh kỹ hơn.

Hãy hút hết không khí trong một khối hình vòm. Chúng ta có một không gian không có khí, đó gọi là khoảng chân không. Nghĩa là lực hấp dẫn không có hiệu lực.

Như vậy chúng ta có 1 kg bông có lực hấp dẫn lớn hơn những vàng. Bởi vì một kg bông có thể tích tương đương 400 lít, tức 0,4 m3 trong khi đó một kg vàng là 0,000051 m3. Kém hơn 8000 lần so với thể tích của một kg lông vũ.

Chúng ta cần đặt nhiều lông vũ hơn để đạt tỷ lệ 1 kg tương đương 2,2 pound. Hãy thử ấn cái cốc trên bàn cân và nó sẽ tăng trọng lượng theo lực ấn. Và khi buông tay thì trọng lượng của nó lại như cũ.

Lực hấp dẫn = trọng lượng của chất lỏng thay thế

Như vậy trọng lượng lông vũ thực tế sẽ là 1,5kg, bởi vì lực hấp dẫn trong không khí là 0,4m3, tương đương 4,8 N, nó làm cho lông vũ nhẹ hơn 0,5 kg.

Khi đặt trong môi trường thông thường, có không khí bao quanh thì trọng lượng của bông sẽ là 1 kg. Còn nếu bạn đặt nó trong môi trường chân không, con số đó sẽ là 1,5 kg.

Trong khi đó, miếng vàng nặng 0,000062475 kg. Lực hấp dẫn của nó là 0,000051 m3, tương đương 0,0000612255 N. Khối lượng của nó là 0,000062432 kg.

Tóm lại lực hấp dẫn xung quanh đồ vật sẽ khiến cho đồ vật nhẹ đi. Trong ví dụ trên chúng ta đã thấy để có trọng lượng 1 kg lông vũ thì sẽ cần thêm 0,5 kg

G.L

Nguồn

https://www.youtube.com/watch?v=C54Ired7pLs

Thành viên mới đăng