Ở đâu các vật nặng hơn?

Càng lên cao, lực trái đất hút các vật càng giảm, vì thế, chúng càng nhẹ đi. Nếu vượt ra khỏi bầu khí quyển của trái đất, trọng lượng của vật sẽ bằng 0. Suy ngược ra, bạn có thể cho rằng càng vào sâu trong lòng đất, vật càng nặng hơn. Chú ý nhé, điều này hoàn toàn là ngộ nhận!

Khi đưa vật vào sâu lòng đất, các lực tác dụng từ nhiều phía, song chỉ còn lực hút từ tâm trái đất đặt vào vật là có giá trị. (Ảnh minh họa: nobelprize)

Trái đất hút những vật thể bên ngoài y như toàn bộ khối lượng của nó tập trung ở tâm. Theo định luật hấp dẫn: lực hút giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, càng lên cao, lực hút của trái đất lên các vật càng yếu đi.

Nếu đưa quả cân 1 kg lên độ cao 6.400 km, tức là dời nó ra xa tâm trái đất gấp hai lần bán kính trái đất, thì lực hút sẽ giảm đi 2 mũ 2 lần, tức là 4 lần, và quả cân treo vào cân lò xo sẽ chỉ nặng cả thảy 250 gram, chứ không phải 1 kg. Nếu đem quả cân đi xa mặt đất 12.800 km, tức là xa tâm trái đất gấp ba lần, thì lực hút giảm đi 9 lần, quả cân 1 kg chỉ còn nặng 111 g….

Từ tính toán trên, tất bạn sẽ nảy ra ý kiến cho rằng khi đưa quả cân vào sâu trong lòng trái đất, tức là khi đưa vật tiến về tâm, thì ta phải thấy sức hút tăng hơn, hay quả cân nặng hơn. Song, thực tế, vật thể không tăng trọng lượng khi đưa vào sâu trong lòng trái đất, mà ngược lại, nhẹ đi.

Sở dĩ như thế là vì bây giờ vật thể không còn chịu sức hút từ một phía nữa, mà là từ nhiều phía trong lòng đất (dưới, trái, phải...). Rút cục, các lực từ mặt bên, từ bên trên... triệt tiêu lẫn nhau, chỉ còn lại lực hút của quả cầu có bán kính bằng khoảng cách từ tâm trái đất đến chỗ đặt vật là có giá trị. Vì vậy, càng đi sâu vào lòng trái đất thì trọng lượng của vật càng giảm nhanh. Khi tới tâm trái đất, vật trở thành không trọng lượng.

Như thế, ở trên mặt đất, vật sẽ nặng hơn cả (*).

* Tình hình xảy ra đúng như thế nếu trái đất hoàn toàn đồng nhất về khối lượng riêng. Nhưng thực tế, khối lượng riêng của trái đất tăng lên khi vào gần tâm: Vì vậy, khi vào sâu trong lòng trái đất thì thoạt đầu trọng lực tăng lên một khoảng nào đó, rồi sau mới bắt đầu giảm.