Có thể bắn súng lên Mặt Trăng được không?

Trích đoạn sau đây lấy từ cuốn tiểu thuyết ngắn «Mặt Trăng» của nhà phát minh lỗi lạc Xô viết K. E. Xioncôpxki sẽ giúp ta hiểu rõ được các điều kiện của chuyển động dưới tác dụng của trọng lực. Trên Trái Đất, khí quyển cản trở chuyển động của các vật và làm phức tạp thêm bằng các điều kiện bổ sung đối với các định luật đơn giản của sự rơi tự do.

Trên Mặt Trăng hoàn toàn không có không khí. Mặt Trăng sẽ là phòng thí nghiệm tuyệt vời để nghiên cứu sự rơi của các vật thể, nếu như chúng ta có thể ở và nghiên cứu khoa học ở trên đó.

Trởlại với trích đoạn của cuốn tiểu thuyết, chúng ta biết thêm là hai người đối thoại trong đoạn này đang ở trên Mặt Trăng và muốn nghiên cứu xem các viên đạn sau khi bắn ra khỏi nòng súng chuyển động như thế nào:

— Nhưng không biết thuốc súng ở đây có nổ được không?

—  Trong chân không, các chất nổ thậm chí nổ còn mạnh hơn trong không khí, bởi vì không khí chỉ tổ làm cản trở sự bùng ra của chất nổ; còn oxi thì có lẽ không cần, vì tất cả khối lượng oxi cần thiết đã chứa sẵn trong chất nổ.

—  Chúng ta đặt súng thẳng đứng để sau khi bắn viên đạn xuống gần, dễ tìm hơn...

Bắn, một tiếng nổ yếu[1] và dội lại một chấn động nhẹ.

—  Cái nút bịt thuốc nổở đâu? Nó phải rơi cạnh đâychứ.

—  Nút bịt thuốc nổ đã bay cùng với viên đạn và không chắc gì còn nữa, bởi vì chỉ có không khí ở Trái Đất mới cản trở nó bay theo kịp viên đạn, còn ở đây thì lông lơ cũng bay lên cao nhanh chóng như hòn đá vậy. Bạn hãy lấy chiếc lông tơ ở cái gối, còn tôi lấy quả cầu bằng gang. Bạn có thể ném chiếc lông ấy đúng vào tiêu điểm, thậm chí từ xa, cũng dễ dàng thuận tiện như tôi ném quả cầu. Khi lực hấp dẫn yếu, tôi có thể ném quả cầu xa 400 mét, và bạn cũng có thể ném chiếc lông tơ một khoảng cách như thế. Thật ra thì bằng chiếc lông tơ bạn chả giết hại ai, thậm chí lúc ném cũng không cảm thấy mình đã ném đi cái gì. Thế nhưng ở Mặt Trăng, những thứ chúng ta ném chẳng khác nhau mấy về khối lượng, nên chúng ta đều ném hết lực và ném vào cùng một mục tiêu: vào khối đá hoa cương kia kìa...

Chiếc lông tơ, như bị gió cuốn, đã vượt quả cầu gang chút ít.

—  Nhưng sao thế? Kể từ lúc bắn đã quá ba phút mà không thấy viên đạn đâu cả?

Chờ vài phút nữa, chắc nó sẽ rơi xuống thôi.

Quả vậy, sau hai phút chúng tôi cảm thấy một tiếng động nhẹ và trông rõ cái nút bịt thuốc nổ rơi xuống gần chỗchúng tôi.

—  Còn viên đạn sao bay lâu thế! Không biết nó bay lên cao đến mức nào?

—  Lên cao đến bảy mươi kilômet. Vì lực hấp dẫn yếu và không có sức cản không khí nên có được chiều cao như thế».

Chúng ta thử kiểm tra lại xem. Nếu vào thời điểm bay ra khỏi nòng súng, vận tốc của viên đạn là 500 m/s, thì ở Trái Đất khi có không khí, sẽ bay đến độ cao:

h = v²/2g= [500²(m/s)² / [2.10m/s²] =

= 12500m = 12,5 km

Trên Mặt Trăng lực hấp dẫn yếu hơn ởTrái Đất sáu lần, vì vậy thay vào g ta lấy 10/6 m/s²; viên đạn phải đạt đến chiều cao:

12,5km-6 = 75 km.