Language
Country/Area
No result found
Bạn có biết không? Giải quyết vấn đề hai vật thể có thể dự đoán tương lai chuyển động của các ngôi sao!
Trong cơ học cổ điển, bài toán hai vật là quá trình tính toán và dự đoán chuyển động tương hỗ của hai thiên thể có khối lượng lớn. Giả định cốt lõi của bài toán này là hai thiên thể là các hạt điểm và chúng chỉ bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của nhau mà bỏ qua ảnh hưởng của tất cả các vật thể khác. Trường hợp tiêu biểu nhất của bài toán này là chuyển động của các ngôi sao dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Trong thiên văn học, chuyển động của các thiên thể như vệ tinh, hành tinh và ngôi sao có thể được dự đoán bằng mô hình này.
Lời giải cho bài toán hai vật đã cải thiện đáng kể khả năng hiểu và dự đoán chuyển động của các ngôi sao của chúng ta.
Theo quan điểm của cơ học cổ điển, khi chênh lệch khối lượng giữa hai thiên thể là cực kỳ khác nhau thì bài toán thường có thể đơn giản hóa thành bài toán một thiên thể đóng vai trò như một nguồn lực cố định và không thay đổi. , và thiên thể khác chịu ảnh hưởng của nó. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, mô hình một vật thể này không đủ chính xác và cần phải phân tích toàn diện hơn thông qua mô hình hai vật thể.
Đối với lực hấp dẫn và các ví dụ nghịch đảo bình phương khác, điều đặc biệt của bài toán hai vật là tốc độ và hướng của các vật thể thiên văn có thể thay đổi và không thể dự đoán chính xác, đồng thời khoảng cách tuyệt đối tương tác giữa chúng là tương đối dài, điều này khiến cho khả năng va chạm được giảm thiểu. Sử dụng mô hình này, chúng ta có thể quan sát cách chuyển động giữa hai ngôi sao chuyển động theo hình elip xung quanh khối tâm chung của chúng.
Khi một ngôi sao có khối lượng lớn hơn nhiều so với một ngôi sao khác, nó sẽ hầu như không có chuyển động đáng kể do lực hấp dẫn.
Tầm quan trọng của vấn đề hai vật thể cũng được phản ánh ở phạm vi vật lý mà nó bao trùm. Về cơ bản, miễn là lực hút tuân theo định luật nghịch đảo bình phương, chẳng hạn như lực tĩnh điện, thì kết luận tương ứng cũng có thể được rút ra bằng cách sử dụng mô hình hai vật. Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta hiếm khi gặp phải tình huống như vậy, đặc biệt là các vật thể tương tác tĩnh điện chuyển động nhanh và cách ly tự nhiên là rất hiếm.
Trong trường hợp nguyên tử và hạt hạ nguyên tử, mô hình hai vật không còn được áp dụng nữa. Mặc dù các nhà nghiên cứu ban đầu như Niels Bohr đã đề xuất một mô hình các electron chuyển động xung quanh hạt nhân, nhưng phương pháp này quá đơn giản theo cách giải thích của cơ học lượng tử và không có nhiều ý nghĩa hướng dẫn đối với hành vi thực tế của các electron.
Thực sự có thể đơn giản hóa bài toán hai vật thành hai bài toán một vật độc lập. Quá trình xử lý này cho phép chúng ta có được câu trả lời chính xác. Bắt đầu từ định luật chuyển động thứ hai của Newton, chúng ta có thể tính riêng động năng và vị trí của hai khối lượng để dự đoán chuyển động của chúng. Theo thời gian, việc kết hợp hai quỹ đạo chuyển động có thể mô tả đầy đủ hơn trạng thái vận hành của toàn bộ hệ thống.
Thông qua bài toán chuyển động của một khối lượng, chúng ta có thể thu được thông tin động về toàn bộ hệ thống.
Chuyển động của hệ hai vật sẽ luôn duy trì trong mặt phẳng nếu lấy khối tâm làm cơ sở phân tích thì nguyên lý này chủ yếu được chứng minh bằng các khái niệm động lượng và mô men động lượng. Bất kể tác dụng của ngoại lực, động lượng góc của hệ đều được bảo toàn, nghĩa là chuyển động của mọi khối lượng là phụ thuộc lẫn nhau, cuối cùng làm cho chuyển động của chúng duy trì xung quanh một mặt phẳng chung.
Nếu lực giữa hai vật là bảo toàn thì thế năng và động năng của hệ sẽ quyết định tổng năng lượng và giữa mỗi chuyển động có một mối quan hệ chuyển hóa năng lượng nhất định, khiến cho việc dự đoán chuyển động trở nên khả thi và chính xác.
Là một phần của vật lý, lời giải của bài toán hai vật có thể được áp dụng vào những khía cạnh nào của cuộc sống?
