Buzz
Bạn nặng hơn ở Đại dương hay ở Cực Bắc?
Làm phụ huynh khó khăn. Đôi khi tôi cố giúp đỡ con cái với bài tập vật lý vì tôi thích giả vờ như tôi khá ổn với vật lý. Gần đây, con gái tôi muốn tôi kiểm tra câu trả lời cho câu hỏi này.
Ồ, trời ơi. Tôi không chắc phải trả lời thế nào. OK, tôi nghĩ mình biết câu trả lời và cũng nghĩ mình biết câu trả lời mà giáo viên muốn (và hai câu trả lời này có thể không giống nhau). Thực sự, đó không phải là câu hỏi tốt nhất. Nó hơi mơ hồ. Dưới đây là những suy nghĩ trong đầu tôi khi tôi cố giúp đỡ.
Bạn hiểu gì về "cân nặng"?
Thực sự có hai định nghĩa phổ biến của "cân nặng." Hãy bắt đầu với phiên bản giống vật lý nhất (và kỹ thuật chính xác hơn).
Tôi đã cố gắng làm cho đó là một định nghĩa chính thức—chỉ để đầy đủ. Nói ngắn gọn, cân nặng là lực hấp dẫn. Dưới đây là định nghĩa khác có thể được sử dụng cho cân nặng.
Nhưng hai định nghĩa đó có phải là một? Không đúng. Hãy xem xét hai tình huống với một người đứng trên cân. Trong trường hợp đầu tiên, có một người chỉ đứng trên cân (trên một hành tinh không xoay cho đến nay). Trong trường hợp này, người đó đứng im và không gia tốc. Điều này có nghĩa là tổng lực tác động lên người phải bằng không. Sẽ có một lực hấp dẫn từ trên xuống và sau đó sẽ có một lực đẩy từ cân (đây là cái cân đọc). Hai lực này phải có cùng độ lớn để cộng lại bằng không sao cho lực cân và cân nặng sẽ giống nhau. Trong trường hợp này, không quan trọng là định nghĩa nào của cân nặng được sử dụng.
Trường hợp tiếp theo. Một lần nữa, người đứng trên cân nhưng lần này cân đặt trong một thang máy ở tầng 9. Đúng, quan trọng là nó ở tầng 9. Người đó để cửa thang máy đóng và sau đó nhấn nút cho tầng trệt. Ngay sau đó, thang máy gia tốc xuống một khoảng thời gian ngắn. Vì người đó gia tốc xuống, cần có một lực hướng xuống tăng ròng. Điều này có nghĩa là lực hấp dẫn xuống phải lớn hơn lực đẩy từ cân. Cân sẽ hiển thị số ít hơn so với lực hấp dẫn.
Vâng, thật sự quan trọng khi bạn muốn đặt câu hỏi về định nghĩa nào của "cân nặng".
Thay đổi gì khi bạn di chuyển từ xích đạo đến Cực Bắc?
Thay đổi rõ ràng khi đi từ xích đạo đến Cực Bắc là trang phục của bạn—vì nó có lẽ lạnh hơn khá nhiều ở Cực Bắc. Ngoài ra, bạn có thể chết đuối vì không có đất ở đó, chỉ có băng (ít nhất là cho đến bây giờ). Nhưng còn một sự khác biệt khác giữa hai địa điểm này. Ở xích đạo, bạn sẽ di chuyển xung quanh một vòng tròn lớn vì Trái Đất quay quanh trục của mình một lần mỗi ngày (kỹ thuật là một chút ít hơn 24 giờ) trong khi ở cực bạn chỉ quay quanh trong một vòng tròn bán kính không.
Vậy, việc di chuyển theo hình tròn liên quan gì đến cân nặng? Khi nào bạn di chuyển theo hình tròn, bạn gia tốc—đó là sự thật. Hãy nghĩ lại lần cuối cùng bạn ở trong một chiếc ô tô đi xung quanh một vòng tròn. Bạn có thể cảm thấy chiếc xe gia tốc khi bạn bị đẩy về phía trung tâm của vòng tròn mà chiếc xe đang đi vào. Một vật di chuyển với tốc độ không đổi và di chuyển theo hình tròn thực sự gia tốc. Giá trị gia tốc này chỉ hướng về trung tâm của vòng tròn và tăng với tốc độ nhưng giảm với bán kính tăng lên.
Khi bạn ở xích đạo, bạn giống như người trong thang máy gia tốc xuống. Trọng lực phải lớn hơn lực của cân để tạo ra lực tác động ròng hướng về trung tâm Trái Đất. Vậy, đây là câu trả lời của bạn (chắc chắn là như vậy).
Lực hấp dẫn trên hai người (giả sử khối lượng bằng nhau) sẽ giống nhau ở cả hai địa điểm, nhưng lực từ cân sẽ lớn hơn ở Cực Bắc. Tôi nghi ngờ câu trả lời "đúng" cho câu hỏi là bạn "nặng" hơn ở Cực Bắc. Hy vọng tôi trả lời câu hỏi đúng.
Nhưng đợi chút!
Càng suy nghĩ nhiều về câu hỏi này, tôi càng không chắc chắn về câu trả lời đúng. Tôi cần sự giúp đỡ. Có hai điều có thể làm thay đổi trong câu hỏi này. Trước hết, Trái Đất không phải là hình cầu. Thay vào đó, nó là một hình cầu phẳng. Điều này có nghĩa là Trái Đất rộng hơn ở xích đạo so với Cực Nam. Trái Đất giống như một quả bóng bị nén một chút (rất ít). Đặc tính không hình cầu này của Trái Đất có nghĩa là trường trọng lực (và do đó cân nặng thực sự) sẽ khác nhau ở cực so với xích đạo.
Vấn đề thứ hai là Trái Đất không có mật độ đồn đều. Điều này có nghĩa là có sự biến đổi trong trường trọng lực tại các địa điểm khác nhau trên Trái Đất. Dĩ nhiên, sự thay đổi nhỏ—nhưng nó vẫn tồn tại. Nếu bạn ở một địa điểm trên xích đạo gần một ngọn núi hoặc một nơi khác có mật độ cao hơn bình thường, trọng lượng cũng sẽ khác nhau.
Cuối cùng, tôi thậm chí không chắc làm thế nào để trả lời câu hỏi này. Có lẽ nó là một ý tưởng tồi tệ khi để nó hiển thị trước mặt tôi.
