Trọng lực có tồn tại trong không gian? Có.

Đúng vậy, trọng lực có tồn tại trong không gian. Trên thực tế, trên Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS vốn đang quay quanh Trái Đất tại độ cao 354 km, cường độ lực hấp dẫn hay trọng lực (của Trái Đất) vẫn ở mức 90% so với trên mặt đất. Vậy làm thế nào Trạm vũ trụ ISS có thể ở trong một môi trường “không trọng lực”?

Trước hết, chúng ta sẽ bắt đầu với thuật ngữ “không trọng lực” (zero gravity). Điều đáng tiếc là thuật ngữ này đã được sử dụng quá nhiều đến nỗi nó thường được hiểu theo đúng nghĩa bề mặt — “không có trọng lực” — từ đó gây nên sự hiểu lầm. Thuật ngữ chính xác nên được sử dụng là “vi trọng lực” (microgravity). Đây là một trạng thái mà người hoặc vật “trông như” không có trọng lượng, lấy ví dụ, các phi hành gia và vật thể khác “trông như” đang trôi nổi trong không gian.

Lực hấp dẫn có thể được tìm thấy ở khắp mọi nơi trong vũ trụ, và tuy rằng mức cường độ có thể thay đổi, nhưng nó vẫn luôn hiện diện ở ngoài kia. Lực hấp dẫn khiến các vật thể bị kéo về phía nó; nó cũng là nhân tố giữ Mặt Trăng trong quỹ đạo Trái Đất. Lực hấp dẫn là nguyên nhân Trái Đất quay quanh Mặt Trời, và nó cũng cố định Mặt Trời tại một vị trí tương đối trong dải Ngân Hà.

Một phi thuyền vũ trụ có thể bay ra xa Trái Đất một khoảng cách vừa đủ để khiến các phi hành gia bên trong cảm nhận được rất ít trọng lực; tuy nhiên đây không phải là nguyên nhân tại sao các đồ vật có thể bay lơ lửng trên trạm vũ trụ ISS. Trên thực tế, chính cái trọng lực tương đối mạnh mẽ này đã giữ trạm ISS trên quỹ đạo, nếu không trạm ISS sẽ bay sâu vào trong không gian vũ trụ.

Vậy làm thế nào các phi hành gia có thể trôi lơ lửng trong không gian nếu có đến tận 90% cường độ trọng lực của Trái Đất có thể ‘với tới’ trạm vũ trụ này?

Câu trả lời đơn giản là họ đang rơi tự do; trọng lực trong một môi trường chân không sẽ khiến tất cả các vật thể rơi với tốc độ tương đồng (khối lượng của vật thể không ảnh hưởng). Nếu chúng ta thả một viên đá và một chiếc lông vũ rơi cùng một lúc trên Trái Đất, chiếc lông vũ sẽ rơi chậm hơn vì chịu lực cản không khí. Tuy nhiên, trong môi trường chân không không có không khí [và vật chất], chúng (viên đá và chiếc lông vũ) sẽ rơi với gia tốc bằng nhau.

Xem thêm:

• Phòng thí nghiệm chân không NASA: Quả bóng có rơi nhanh hơn lông vũ?

Ví như bạn đang ngồi trên một tháp rơi tự do có cabin tại công viên giải trí, và thả rơi một vật thể vào cùng lúc bạn bắt đầu rơi trượt xuống, bạn và vật thể đó sẽ rơi với gia tốc bằng nhau.

Khi bạn và một vật thể khác rơi với gia tốc bằng nhau, vật thể đó trông dường như đang trôi lơ lửng trước mặt bạn; đây chính là hiện tượng xảy ra trên trạm ISS. Phi hành đoàn, bất kỳ vật thể nào, và bản thân trạm vũ trụ, tất cả đều đang rơi tự do cùng nhau xung quanh Trái Đất, tạo thành cảm giác như tất cả chúng đều đang trôi nổi lơ lửng khi so sánh với trạm vũ trụ ISS.

Xem thêm:

• Đại học Thụy Sĩ cung cấp dịch vụ bay không trọng lực (Video)

Vậy làm thế nào trạm ISS lại có thể rơi ‘xung quanh’ Trái Đất? Lực hấp dẫn của Trái Đất liên tục kéo các vật thể rơi hướng xuống bề mặt của nó; trong đó bao gồm trạm ISS, nghĩa là trạm ISS đang liên tục rơi hướng xuống bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, trạm ISS cũng đang chuyển động với một vận tốc cực cao — 28.164 km/h — một vận tốc ăn khớp với độ cong bề mặt của Trái Đất.

Hãy tưởng tượng một quả bóng chày được ném lên cao, trọng lực khiến nó bay theo một đường cong rồi nhanh chóng tiếp đất. Khi một tàu vũ trụ quay quanh Trái Đất, nó di chuyển tại một vận tốc sao cho quỹ đạo rơi của nó trùng khớp với đường cong của Trái Đất, nghĩa là nó vẫn đang rơi xuống mặt đất, tuy nhiên sẽ không bao giờ tiếp đất, kết quả là, nó ‘rơi xung quanh’ Trái Đất. Mặt Trăng có thể giữ nguyên quỹ đạo của nó cũng nhờ nguyên lý này, Mặt Trăng cũng đang rơi xung quanh Trái Đất.

V là điểm ném quả bóng lên không trung. Quả bóng sẽ rơi theo một đường cong hướng xuống đất. Lực ném càng mạnh, điểm tiếp đất càng xa. Nói cách khác, đường cong càng dài và mở rộng. Ba điểm D, E, F là điểm tiếp đất của quả bóng với cường độ lực ném tăng dần. Do Trái Đất là hình tròn và cong hướng xuống dưới, nên sẽ tồn tại một lực ném, để khi kết hợp với trọng lực sẽ tạo ra một đường cong biểu thị hướng chuyển động của quả bóng trùng khớp với đường cong của Trái Đất, hay một đường tròn, và khi đó quả bóng sẽ không bao giờ rơi xuống mặt đất. Lúc này chúng ta nói rằng quả bóng đang liên tục ‘rơi xung quanh’ Trái Đất. (Ảnh: Internet)

Tác giả: Troy Oakes, Vision Times
Đăng tải với sự cho phép. Đọc bản gốc tại đây
Thạch Khánh biên dịch

Xem thêm:

• 5 địa điểm không tồn tại trọng lực (video)
• Những bước nhảy ‘không trọng lực’ ấn tượng trong ống khí động (video)
• Sự tái sinh kỳ diệu của vị Bác sĩ, Tiến sĩ Trưởng Khoa tim mạch bệnh viện Chợ Rẫy