IV. GALILEO VÀ KỶ NGUYÊN MỚI TRONG THIÊN VĂN.

Không thể không nhắc tới Galileo trong giáo trình thiên văn được. Vì chính ông là
người góp công đầu cho việc xây dựng nền thiên văn hiện đại. Ông là người đầu tiên trong
lịch sử biết sử dụng các dụng cụ quang học vào việc quan sát bầu trời. Nhờ sự phóng
đại của nó mà tầm nhìn của con người được nâng lên rất nhiều. Đó là ngày 7(01(1610,
ngày mở đầu cho kỷ nguyên mới của Thiên văn, ngày Galileo dùng ống nhòm có độ phóng
đại hơn 1000 lần để
quan sát bầu trời. Ông đã thấy Mặt trăng có các vết lồi lõm (mỏm núi,
miệng núi lửa) như dưới Trái đất chứ không hoàn hảo, linh thiêng như Aristotle quan niệm.
Ông còn thấy được các vệ tinh của sao Mộc. Ông nhìn thấy Ngân hà không phải là một dải
liên tục mà là tập hợp rất nhiều sao. Ông thấy sao Kim cũng thay đổi hình dạng (tuần sao)
giống như Mặt trăng (tuần trăng). Tất cả những kết quả
đó làm giàu thêm hiểu biết về hệ
Mặt trời và vũ trụ.
Nhưng ngoài ra Galileo còn có những đóng góp rất quan trọng cho vật lý. Từ năm 25
tuổi ông đã làm thí nghiệm với vật rơi tự do có trọng lượng khác nhau. Từ đó ông bác bỏ ý
kiến của Aristotle là vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Những thí nghiệm đơn giản của
Galileo có thể coi là là mở đầu cho khoa học
thực nghiệm. Trong cuốn sách “Đối thoại về
hai hệ thống thế
giới: hệ Ptolemy và hệ Copernicus”, ông đã công khai ủng hộ tư tưởng
Copernicus, mạnh mẽ đả phá nhưng sai lầm của Aristotle (tồn tại đã trên 2000 năm) và đề
ra những nguyên lý cơ bản cho Cơ học. Phân tích chuyển động của hòn bi trên mặt phẳng
Galileo đã chỉ ra nguyên lý quán tính (mà sau này Newtơn phát biểu thành định luật 1), chỉ
ra nguyên nhân của việc duy trì quán tính là gia tốc bằng không hay “vật chịu tác dụng khử
lẫn nhau của các vật khác”; tứ
c ông đã nhìn thấy mối liên hệ giữa gia tốc và lực. (Aristotle
cho rằng tác dụng lực làm thay đổi vị trí). Ông bác bỏ lập luận của phái Aristotle cho rằng
nếu Trái đất quay thì những vật gắn không chặt với Trái đất sẽ bị trôi theo ngược chiều

Phát biểu cho chất điểm ở trạng thái chịu tác dụng của lực bên ngoài.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

- Gia tốc mà vật hay chất điểm thu được dưới tác dụng của tổng hợp lực bên ngồi tác
dụng vào nó tỷ lệ thuận với lực tác dụng đó và tỷ lệ nghịch với khối lượng của nó.

m
F
a
→
→
=
Như vậy Newton để chỉ ra được ngun nhân của sự chuyển động hay ơng đã khai sinh
mơn Động lực học.
- Định luật 2 còn được gọi là phương trình cơ bản của cơ học.

→

=
→
F
(3)
Phương trình này gọi là phương trình cơ bản của động lực học chất điểm và có thể phát
triển như sau: Độ biến thiên động lượng của chất điểm trong một đơn vị thời gian bằng lực
tác dụng lên nó.
Hay độ biến thiên của động lượng từ K1 đến K2 trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 là
:
2
1
t
21
t
KK K Fdt∆= − =
∫

Đại lượng
→
F
dt gọi là xung lượng của lực, đặc trưng cho tác dụng lực theo thời gian.
Định luật 2 sẽ phát biểu: Độ biến thiên động lượng của chất
điểm theo thời gian bằng
xung lượng của lực tác dụng lên nó trong khoảng thời gian đó.
- Hay có thể viết dưới dạng định lý về mơmen động lượng: nếu từ (2) ta nhân hữu
hướng 2 vế của phương trình với vectơ
→
r
→
r =

) =
→
r ×
→
F
dt
d
(
→
r ×
→
K ) =
→
r ×
→
F
Trong đó
→
r ×
→
K gọi là vectơ mơmen động lượng -
→
L

→
L

=
→
r

u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r

M
o
(
→
F
) =
→
r
×
→
F

Định luật có dạng :
o
dL
M(F)
dt
=
(4)
- Định luật phát biểu: Đạo hàm theo thời gian của momen động lượng đối với tâm 0
của một chất điểm bằng mômen lực theo tâm 0 tác dụng lên chất điểm đó.
Cách viết (2), (3), (4) không phải của Newton nhưng nó tiện lợi để xét trường hợp chất
điểm chuyển động trong trường lực xuyên tâm (Giá lực đi qua gốc tọa độ) mà Hệ Mặt trời
là một ví dụ.
c) Định luật 3 : Về phản lực
Mỗi lực tác dụng luôn luôn có phản lực, bằng và ngược hướng.
(Chú ý : Điểm đặt của 2 lực là khác nhau nên chúng không cân bằng nhau)

BAAB
FF

khoảng cách. Ông đã tính toán thử với Mặt trăng và thấy lực giữ cho Mặt trăng chuyển
động quanh Trái đất có bản chất như trọng lực. Ông tiếp tục suy luận đối với các hành tinh
trong hệ Mặt trời bằng cách từ 3 định luật Kepler và các định luật cơ học c
ủa mình rút ra
biểu thức của lực chi phối chuyển động của các hành tinh. Và ông đã tìm ra định luật vạn
vật hấp dẫn (Xem thêm giáo trình Thiên văn Phạm Viết Trinh). Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r


V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

a) Phát biểu định luật:
Hai chất điểm khối lượng m và m’ đặt
cách nhau một khoảng r sẽ hút nhau bằng
một lực có phương là đường thẳng nối 2


Chú thích : Công thức trên chỉ phát biểu cho chất điểm
- Trường hợp vật m, m’ có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách r giữa chúng thì vật
có thể coi là chất điểm và có thể áp dụng định luật (trường hợp hệ Mặt trời).
-
Trường hợp m, m’ là hai quả cầu đồng chất, r là khoảng cách giữa 2 tâm cũng được
Newton chứng minh là có thể áp dụng định luật.
-
Newton cũng cho rằng một cái vỏ vật chất hình cầu, đồng tính thì hút một hạt ở ngoài
vỏ tựa như khối lượng của vỏ tập trung vào tâm nó. Cái vỏ này không tác dụng lực hấp dẫn
vào hạt ở bên trong nó ( trường hợp Trái đất)
-
Trong các trường hợp khác ta sẽ áp dụng phương pháp tích phân dựa vào tính chồng
chập của lực hấp dẫn.

b) Tính chất của lực hấp dẫn:
- Lực hấp dẫn là phổ biến cho toàn thể mọi vật trong vũ trụ.
-
Lực hấp dẫn là lực hút, nó phụ thuộc vào khoảng cách và khối lượng của vật. Về mặt
vật lý, khối lượng hấp dẫn (Theo định
luật này) và khối lượng quán tính (theo định luật 1
và 2) là hai đại lượng vật lý khác nhau. Nhưng người ta thấy chúng là đồng nhất và mãi
đến Einstein mới giải thích được điều đó.
-
Định luật vạn vật hấp dẫn còn thể hiện những quan điểm của cơ học cổ điển Newton
về không gian, thời gian. Nó có những sai lầm mà sau này Einstein đã bác bỏ và đưa ra
những quan niệm mới, đúng đắn hơn. Ta sẽ xét kỹ trong phần các thuyết tương đối của
Einstein.
-
Sau này, người ta nhận thấy hấp dẫn là một trong bốn loại tương tác cơ bản của tự


V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-

o
m

const
r
Mm
G
mv
WWW
tđ
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−+=+=
2
2

trong đó :
2
2
mv
= W
dnăngThếW

qui lại thành chuyển động của một vật rút gọn có khối lượng m =
12
12
mm
mm+
quanh một khối
tâm 0
(là điểm chia khoảng nối
giữa 2 vật theo tỷ lệ
12
21
rm
rm
=

Hình 12
Chuyển động của vật trong hệ qui chiếu gắn với khối tâm sẽ qui về bài tốn chuyển
động của vật rút gọn trong trường xun tâm, rồi từ đó suy ra chuyển động của m1, m2.
Nhưng trong trường hợp m1 = M >> m2 = m, tức một vật có khối lượng vơ cùng lớn so
với vật kia thì ta có thể coi khối tâm của hệ nằm ngay tại M hay M đứng n, m chuyển
động.
Trong trường hợp trường xun tâm là trường thế
hấp dẫn
)(
r
)r(U 0>α
α−
=
thì q
đạo chuyển động của m sẽ là một

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m