10 vạn câu hỏi vì sao vật lý

10 vạn câu hỏi vì sao vật lý

51. Vì sao tốc độ truyền của âm thanh trong nước lại nhanh hơn trong không khí?

Âm thanh là thứ nhìn không thấy, sờ cũng không thấy, vậy mà tai của chúng ta lại có thể nghe được nó. Âm thanh do rung động của vật thể gây ra. Khi vật thể xảy ra chấn động, nó sẽ truyền chấn động của mình cho không khí sát bên cạnh, làm cho các phân tử trong không khí cũng chấn động, rồi kéo không khí ở phía trước cũng chấn động theo. Cứ như vậy mà dần dần truyền đến tai người. Màng nhĩ trong tai người cũng theo đó mà chấn động và người nghe thấy âm thanh. Vì vậy không khí có thể truyền âm thanh. Trong chân không, âm thanh không có cách nào truyền đi được. Đứng trên Mặt Trăng, cho dù có người gào to trước mặt bạn thì bạn cũng không nghe thấy một chút xíu âm thanh nào, vì trên Mặt Trăng không có không khí.

Ngoài không khí có thể truyền âm thanh ra, nhiều thứ như chất lỏng, chất rắn v.v. đều có thể truyền âm thanh. Khi có người đi trên bờ sông, cá dưới sông vừa nghe thấy tiếng chân người liền lập tức ẩn trốn. Đó là do nước truyền âm thanh. Nước chẳng những có thể truyền âm thanh, mà tốc độ truyền của nó còn nhanh hơn không khí nhiều. Các nhà khoa học đã đo được, ở 0 °C, tốc độ truyền trong nước là 1450 m/s. Vì sao âm thanh truyền trong nước lại nhanh hơn trong không khí?

Nguyên nhân tốc độ truyền của âm thanh có quan hệ chặt chẽ với tính chất của môi trường. Trong quá trình truyền âm thanh, các phân tử của môi trường lần lượt dao động quanh vị trí cân bằng của nó. Khi một phân tử nào đó lệch khỏi vị trí cân bằng, các phân tử khác ở xung quanh liền lôi nó trở về vị trí cân bằng. Điều đó có nghĩa là, phân tử môi trường có năng lực chống lại sự lệch khỏi vị trí cân bằng. Không khí và nước đều là môi trường truyền âm thanh, phân tử môi trường khác nhau, khả năng chống lại cũng khác nhau. Môi trường có khả năng phản kháng lớn, khả năng truyền dao động cũng lớn, tốc độ truyền âm thanh sẽ nhanh. Khả năng chống lại của phân tử nước lớn hơn của không khí, cho nên tốc độ truyền âm thanh trong nước nhanh hơn trong không khí. Nguyên tử sắt có năng lực chống lại còn lớn hơn của phân tử nước, cho nên tốc độ truyền âm thanh trong sắt thép lại càng lớn, đạt được 5000 m/s.

Từ khóa: Tiếng nổ; Viên đạn.

52. Vì sao đi bộ trong ngõ nhỏ ban đêm lại phát ra tiếng vọng?

Ban đêm, một người bước đi trong ngõ nhỏ, ngoài tiếng chân của mình ra, còn nghe thấy một loại tiếng "xào xạo" nữa, giống như có người bám theo vậy. Nó thường làm cho người đi đường hơi hốt hoảng, tinh thần căng thẳng lên.

Thực ra chỉ cần bạn hiểu được nguyên lí khoa học bên trong của sự việc thì không còn sợ thần thánh ma quái nữa. Người đi trên mặt đất sẽ phát ra tiếng chân bước. Tiếng này đập vào tường nhà của hai mặt ngõ nhỏ sẽ hình thành lên tiếng vọng như kiểu quả bóng da bị văng trở lại. Vào ban ngày, người qua kẻ lại, tiếng vọng bị thân thể của người qua lại hấp thu, hoặc bị tiếng ồn xung quanh che lấp, vì vậy chỉ có thể nghe thấy đơn thuần tiếng bước chân.

Vào lúc đêm khuya thanh vắng, tình hình lại khác đi. Khi ấy, người đi trong ngõ nhỏ, ngoài tiếng chân bước của mình ra, còn có thể nghe rõ được tiếng vọng phản xạ lại từ tường nhà của hai mặt ngõ nhỏ. Ngõ nhỏ rất hẹp, tiếng vọng của chân bước sau khi đập vào tường, còn có thể tiếp tục sinh ra phản xạ. Ngõ càng hẹp, số lần phản xạ cũng càng nhiều. Khi ấy, có thể nghe thấy một chuỗi tiếng vọng "xào xạo". Đó gọi là tiếng vọng rung động.

Trong đời sống chúng ta, bất kì hiện tượng và sự vật nào cũng đều chứa một nguyên lí khoa học nhất định. Chỉ cần ngày thường bạn để tâm quan sát, chịu khó động não suy nghĩ, thì sẽ học hỏi được càng nhiều tri thức khoa học ngay ở xung quanh bạn.

Từ khóa: Tiếng vọng; Tiếng vọng rung động.

53. Vì sao tường hồi âm có thể truyền âm thanh?

Thiên Đàn ở Bắc Kinh, chẳng những nổi tiếng thế giới vì nghệ thuật kiến trúc trang nghiêm hùng vĩ của nó, mà điều hấp dẫn du khách còn là ở đó có bức tường hồi âm và hòn đá ba âm hết sức kì lạ. Ai đã đến Thiên Đàn đều không ngớt lời trầm trồ kinh ngạc về hiện tượng truyền âm thanh kì diệu của nó.

Chúng ta biết rằng, khi nói chuyện hằng ngày, cách nhau năm, sáu mét là đã nghe không rõ rồi. Vậy mà đứng ở một phía tường bao của tường hồi âm Thiên Đàn cất tiếng nói khẽ, người ở cạnh bức tường phía đối diện bao giờ cũng có thể nghe rõ mồn một. Giữa họ với nhau xa cách tới hơn 50 m kia đấy! Lại còn chuyện kinh ngạc hơn: nếu đứng trên hòn đá ba âm ở trung tâm bức tường hồi âm vỗ tay một cái, bạn có thể nghe thấy liền một lúc hai ba tiếng vỗ tay. Vì sao lại có hiện tượng truyền âm thanh kì diệu này nhỉ?

Đó là nhờ sự giúp đỡ của hồi âm đấy! Viên đá ba âm vừa đúng nằm trên tâm đường tròn của bức tường bao quanh tường hồi âm, vì vậy âm thanh phát ra trên viên đá ba âm sẽ truyền đồng đều đến các bộ phận của tường bao và bị tường bao phản xạ trở lại cũng đều đi qua tâm đường tròn, cho nên đứng trên viên đá ba âm có thể nghe rất rõ tiếng vọng lại. Tiếng vọng sau khi phản xạ đi qua tâm đường tròn, lại tiếp tục truyền đi theo bán kính đường tròn. Khi chúng đập vào tường bao đối diện lại bị phản xạ trở lại. Vì thế chúng ta liền nghe thấy tiếng vọng thứ hai, thứ ba.

Gạch xây tường hồi âm ở Thiên Đàn cứng chắc và trơn tru, là một vật phản xạ âm thanh rất tốt. Như đã trình bày trong hình vẽ: khi một người đứng nói tại điểm A ở một phía của tường bao, âm thanh sẽ theo tường bao truyền đến điểm 1, rồi từ điểm 1 phản xạ ra, men theo tường bao truyền đến điểm 2, lại lần lượt đến các vị trí điểm 3, điểm 4 v.v., sau cùng đến điểm B ở một phía kia của tường hồi âm. Do tường gạch hấp thu âm thanh rất ít, cho nên âm thanh không ngừng bị phản xạ trên tường bao, không giống như khi truyền trong không khí dễ bị tản ra, suy giảm.

Âm thanh phát ra từ điểm A, tuy đã truyền đi một đoạn đường rất dài, song khi đến điểm B vẫn nghe được rất rõ, có vẻ như âm thanh đó truyền từ điểm C ở gần bên tới vậy.

Từ khóa: Viên đá ba âm;Tường hồi âm; Tiếng vọng.

54. Vì sao trong không khí lại sinh ra sóng xung kích lớn?

Một chiếc máy bay siêu thanh (hay vượt âm) đang bay với tốc độ 1100 km/giờ ở độ cao thấp, cách mặt đất 60 m. Khi nó bay qua gần một toà nhà cao tầng, bỗng nhiên toà nhà đó đổ sập xuống, giống như bị một thứ gì đập mạnh vào. Chuyện này xảy ra vào những năm 50 của thế kỉ XX, khi máy bay siêu âm thanh ra đời chưa bao lâu. Khi điều tra nguyên nhân của sự cố này, người ta phát hiện thủ phạm lại là một loại sóng truyền trong không khí.

Khi tàu chạy trên mặt nước sẽ gây nên sóng nước. Cũng như vậy, khi máy bay bay trong không khí cũng sẽ gây cho không khí chấn động và truyền đi tứ phía. Chúng ta gọi đó là sóng không khí. Tốc độ máy bay càng cao, sóng không khí sinh ra lại càng dữ dội. Đặc biệt là khi tốc độ của máy bay còn nhanh hơn cả tốc độ truyền âm thanh thì không khí ở phía trước máy bay, trong khoảng thời gian cực ngắn, đột ngột bị sóng không khí dồn nén, làm cho áp suất không khí trong khu vực này trở nên đặc biệt cao, mật độ và nhiệt độ cũng đặc biệt cao. Trạng thái chấn động của không khí trong khu vực này mang theo một năng lượng vô cùng to lớn và nhanh chóng truyền ra bốn phía từ gần đến xa, hình thành sóng không khí đặc biệt dữ dội. Kèm theo những tiếng nổ vang trời, sóng không khí dữ dội như một quả bom hạng nặng từ không trung xuống gần mặt đất, xô đổ đè sập những vật chướng ngại. Người ta gọi loại sóng không khí dữ dội này là sóng xung kích.

Do cường độ sóng xung kích dần dần suy yếu theo khoảng cách truyền đi nên ảnh hưởng đối với mặt đất của máy bay siêu thanh bay trên cao là rất nhỏ. Song, nếu máy bay bay thấp hoặc rất thấp với tốc độ siêu thanh thì mối nguy hại của sóng xung kích sinh ra là khó tránh khỏi. Nhẹ thì rung vỡ cửa kính, rung đổ ống khói; nặng thì có thể đánh sập từng mảng lớn nhà cửa, san phẳng tất cả.

Ngoài máy bay siêu thanh ra, những vật thể khác chuyển động với tốc độ cao trong không khí, như: ngọn roi dạy thú khi quật mạnh, đạn súng trường và đại bác vừa ra khỏi nòng, thậm chí thiên thạch đang rơi trên trời, đều có thể sinh ra sóng xung kích, chỉ có điều độ lớn của năng lượng sóng xung kích khác biệt rất lớn. Chẳng hạn, hố thiên thạch Wincaba thuộc tỉnh Quebec, Canađa, là do một thiên thạch có khối lượng 100 nghìn tấn, rơi với tốc độ cao, sóng xung kích của nó khi rơi đến đất đã phát nổ tạo thành. Hố đó sâu tới 435 m, đường kính rộng tới 3,5 km. Uy lực của sóng xung kích vượt quá vụ nổ của bom nguyên tử. Còn sóng xung kích do ngọn roi và viên đạn gây nên chỉ phát ra một tiếng nổ “đét” giòn giã hoặc một tràng veo veo mà thôi.

Từ khóa: Máy bay siêu thanh; Sóng không khí; Sóng xung kích.

55. Sóng siêu âm là gì?

Vào thế kỉ XIX, nhà khoa học Đức, Kran thông qua thực nghiệm đã phát hiện được: 20 nghìn hec là giới hạn trên của sóng âm thanh mà tai người có thể nghe được. Về sau, người ta gọi loại sóng âm thanh vượt quá 20 nghìn hec, tai người không thể nghe được là sóng siêu âm (hay đơn giản là siêu âm).

Sóng siêu âm có hai đặc tính rất quan trọng: một là tính định hướng của nó. Do tần số của sóng siêu âm rất cao, nên bước sóng rất ngắn, vì vậy nó có thể truyền theo đường thẳng như ánh sáng, mà không giống những sóng âm có bước sóng tương đối dài có thể đi vòng qua vật thể. Khi gặp phải vật chướng ngại, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại. Thông qua việc thu nhận và phân tích sóng phản xạ có thể đo được hướng và khoảng cách của vật chướng ngại. Trong giới tự nhiên, con dơi chính là động vật dùng mồm phát ra sóng siêu âm, dùng tai thu nhận sóng phản xạ để nhận ra vật chướng ngại. Vì vậy, nó có thể tự do bay lượn trong hang động tối mò, lại còn có thể chộp bắt chuẩn xác những côn trùng nhỏ có cánh nữa!

Đặc tính thứ hai của sóng siêu âm là nó có thể truyền đến khoảng cách rất xa trong nước. Trong không khí, sóng siêu âm 30 nghìn hec truyền đi 24 m, cường độ suy giảm hơn một nửa; còn ở trong nước, nó truyền đi 44 km cường độ mới suy giảm một nửa, gấp 2000 lần khoảng cách truyền trong không khí. Do ánh sáng và các loại sóng điện từ khác truyền khó khăn trong nước, truyền chẳng được bao xa, nên sóng siêu âm đã trở thành công cụ số một trong việc thăm dò các vật thể dưới nước.

Trong thời kì Chiến tranh thế giới lần thứ nhất, tàu ngầm của Đức dựa vào biển cả mênh mông làm lá chắn, tới tấp tấn công các tàu tuần phòng của Anh và Pháp. Lúc bấy giờ, nhà khoa học Pháp Langevin, lòng dạ như lửa đốt, trải qua khổ công nghiên cứu, ông đã phát minh ra một loại máy gọi là sona. Nó do bộ phận phát sóng siêu âm và bộ phận thu sóng siêu âm hợp thành. Bộ phận phát chủ động phát ra sóng siêu âm, bộ phận thu thu nhận và đo đạc các loại hồi âm. Thông qua việc tính quãng thời gian giữa phát và thu tín hiệu để phát hiện các loại mục tiêu. Loại sona chủ động tinh xảo không những có thể xác định vị trí, hình dạng của mục tiêu, mà còn có thể phân tích ra tính năng của tàu ngầm địch.

Trong thời kì hoà bình, kĩ thuật sona còn được dùng để thăm dò đàn cá, phát hiện đá ngầm, dẫn đường ra vào các cảng biển v.v. Dùng sona quét mặt bên hiện đại để khảo sát tình trạng đáy biển, nó có thể vẽ lại địa mạo đáy biển một cách rõ ràng lên giấy vẽ, cho ra "bản đồ địa mạo siêu âm" chính xác, sai số không quá 20 cm.

Cũng với nguyên lí ấy, việc đưa sóng siêu âm vào trong cơ thể người, sóng phản xạ sinh ra qua xử lí của thiết bị điện tử, trên màn hình sẽ hiện ra hình ảnh rõ nét, phản ánh đầy đủ chi tiết về kích thước, vị trí, mối quan hệ qua lại và tình trạng sinh lí của nội tạng cơ thể. Trong bệnh viện thường dùng sóng siêu âm loại B để kiểm tra gan, túi mật, tụy và các cơ quan nội tạng quan trọng như tử cung, hố chậu, buồng trứng v.v., kịp thời phát hiện các biến đổi bệnh lí như kết sỏi, cục u v.v. Dựa vào sóng siêu âm, các bác sĩ còn có thể tiến hành kiểm tra thai nhi trong bụng phụ nữ có mang.

Ngoài ra, còn ứng dụng nguyên lí kiểm tra đo đạc bằng sóng siêu âm trong các công trình, tức là lĩnh vực thăm dò khuyết tật bằng siêu âm. Chỉ cần phát một chùm sóng siêu âm lên các chi tiết máy, nếu trong đó có ẩn chứa vết nứt, chỗ rỗ, bọt khí v.v., sóng siêu âm liền sinh ra sóng phản xạ không bình thường, cho dù khuyết tật có nhỏ đến đâu cũng không thoát khỏi sự kiểm tra của nó. Sóng siêu âm đã trở thành "con mắt" sáng ngời của các kĩ sư.

Từ khóa: Sóng siêu âm; Sona; Siêu âm B; Thăm dò khuyết tật bằng siêu âm.

56. Vì sao sóng siêu âm có thể rửa sạch các linh kiện tinh vi?

Theo đà phát triển của khoa học kĩ thuật, công việc rửa sạch các linh kiện tinh vi cũng ngày càng trở nên quan trọng. Đối với những linh kiện có hình dạng phức tạp, nhiều lỗ, nhiều rãnh như bánh răng, cổ chai nhỏ, ống tiêm, vòng bi cỡ nhỏ, chi tiết đồng hồ v.v. mà dùng sức người để rửa sạch thì vừa mất thì giờ lại vừa tốn sức. Đối với một số linh kiện đặc biệt tinh vi như bánh răng trong hệ thống dẫn đường theo quán tính của tên lửa v.v. không cho phép để sót một chút vết bẩn nào. Nếu dùng nhân công giải quyết thì rất khó đạt được tiêu chuẩn làm sạch.

Nếu cần đến sự trợ giúp của sóng siêu âm thì vấn đề sẽ được giải quyết. Chỉ cần ngâm các linh kiện cần làm sạch vào trong bể chứa đầy dung dịch rửa (như nước xà phòng, xăng v.v.), sau đó cho sóng siêu âm vào dung dịch đó. Trong chốc lát, linh kiện sẽ được rửa sạch.

Vì sao sóng siêu âm có được năng lực đó?

Hoá ra là, dưới tác động của sóng siêu âm, dung dịch rửa lúc thì bị ép đặc lại, lúc thì bị kéo loãng ra. Khi bị kéo loãng ra, nó sẽ bị rách toác, sinh ra nhiều bọt rỗng nhỏ. Loại bọt nhỏ này trong chốc lát lại vỡ tan, đồng thời sinh ra sóng xung kích nhỏ, rất mạnh. Trong vật lí, hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo hốc chân không. Vì tần số sóng siêu âm rất cao, những bọt rỗng nhỏ này sinh ra rồi mất đi, mất đi rồi sinh ra hết sức nhanh chóng. Sóng xung kích mà chúng sinh ra giống như muôn ngàn "chiếc chổi nhỏ" vô hình, cọ chải nhanh và mạnh mọi xó xỉnh của linh kiện. Vì vậy, vết bẩn liền bị rửa sạch rất nhanh.

Ví dụ như việc rửa đồng hồ đeo tay, nếu làm theo cách thủ công thì phải tháo rời từng chi tiết, hiệu suất rất thấp. Nếu dùng sóng siêu âm để rửa thì chỉ cần ngâm toàn bộ phần máy vào trong xăng, cho sóng siêu âm đi qua, mấy phút sau đã rửa sạch rồi.

Sóng siêu âm còn có thể giúp chúng ta rửa sạch nhiều linh kiện tinh vi quan trọng như ống kính quang học, chi tiết máy đo, máy móc y tế, chân không điện và khí cụ bán dẫn, v.v.

Từ khóa: Sóng siêu âm; Rửa sạch; Hiện tượng tạo hốc chân không; Sóng xung kích.

57. Ai dự báo gió bão trên biển?

Một chiếc tàu thám hiểm đang chạy trên biển, các nhà khoa học đều đang khẩn trương làm việc. Người đang đo độ sâu của nước, người thì đo nhiệt độ nước... Một nhà khí tượng đưa quả bóng chứa hiđro gần vào tai nghe thử xem, lập tức ông ta khẩn cấp báo cho toàn đội thám hiểm: "gió bão trên biển sắp đến". Ngay trong đêm ấy, trên biển đã xảy ra gió bão dữ dội.

Một quả bóng chứa hiđro làm sao có thể dự báo gió bão trên biển? Chẳng nhẽ nó có phép lạ ư?

Thì ra, khi gió bão xảy ra trên mặt biển xa, xoáy không khí do gió mạnh trên cao sinh ra sẽ làm cho không khí dao động mãnh liệt. Loại dao động này có tần số không đến 20 Hz, tai người không nghe thấy. Loại sóng âm có tần số thấp hơn 20 Hz gọi là sóng hạ âm (hay hạ âm). Sóng hạ âm cũng truyền đi với tốc độ âm thanh, có thể truyền rất xa. Vì vậy, tốc độ truyền của sóng hạ âm nhanh hơn nhiều so với gió bão. Còn quả bóng bơm đầy hiđro lại có thể xảy ra cộng hưởng với sóng hạ âm, sinh ra một loại dao động. Cường độ của loại dao động này có thể gây ra một loại sức ép đối với màng nhĩ của người đứng gần quả bóng chứa hiđro, làm cho màng nhĩ cảm thấy đau nhức. Gió bão trên biển càng tới gần, cảm giác này càng rõ rệt. Các nhà khí tượng căn cứ vào loại cảm giác đó mà phán đoán được gió bão sắp sửa đến.

Hiện nay, người ta đã lợi dụng nguyên lí đó để chế tạo ra máy dự báo gió bão trên biển tự động ghi lại được.

Một số động vật biển cũng rất nhạy cảm với sóng hạ âm. Mỗi khi trông thấy tôm con gần bờ nhảy vọt ra xa bờ, cá và sứa vội vã rời mặt nước, lặn sâu xuống đáy biển, thì những ngư dân có kinh nghiệm liền biết là gió bão trên biển sắp kéo tới. Họ nhanh chóng thu lưới và trở về bến.

Từ khóa: Gió bão trên biển; Sóng hạ âm.

58. Vì sao khi bay với tốc độ siêu thanh, máy bay lại phát ra tiếng nổ to như sấm?

Âm thanh là một loại sóng. Trong quá trình truyền lan của sóng âm thanh, giữa không khí đã bị xáo động và không khí chưa bị xáo động có một mặt phân cách, mà chúng ta gọi là mặt đầu sóng. Nếu nguồn âm thanh đứng yên thì mặt đầu sóng là một mặt cầu toả ra phía ngoài, mặt cắt thẳng đứng của nó là một hình tròn. Nếu nguồn âm thanh chuyển động, và tốc độ chuyển động của nó vượt quá tốc độ âm thanh, mặc dù ở mỗi thời điểm nguồn âm thanh vẫn phát sóng hình tròn ra ngoài, nhưng những sóng hình tròn đó lại tụ tập thành mặt đầu sóng hình đường thẳng, cũng có nghĩa là mặt đầu sóng không còn là hình tròn nữa. Khi ấy sẽ sinh ra hiện tượng âm học dị thường, gọi là tiếng nổ âm thanh.

Khi máy bay bay với tốc độ siêu thanh, tại các nơi như đầu, cánh, đuôi máy bay, v.v. đều có thể làm cho không khí xung quanh sinh ra sự biến đổi áp suất đột ngột, sinh ra sóng xung kích trước và sóng xung kích sau rất mạnh. Cường độ của hai loại sóng này đều rất lớn. Khi sóng xung kích trước đi qua, áp suất không khí đột nhiên tăng cao, sau đó áp suất ổn định lại và hạ thấp, đến mức thấp hơn áp suất khí quyển. Tiếp đến, khi sóng xung kích sau đi qua, áp suất lại đột nhiên tăng lên và dần dần khôi phục đến áp suất khí quyển. Quãng cách thời gian đi qua của hai sóng xung kích trước và sau khoảng 0,12 - 0,22 giây. Nếu độ cao bay của máy bay không lớn lắm, trong khoảnh khắc khi sóng xung kích đi qua, ta có thể nghe thấy như tiếng sấm giữa trời quang hoặc như tiếng đạn đại bác nổ. Đó là tiếng nổ âm thanh do máy bay khi bay với tốc độ siêu âm sinh ra. Vì có hai sóng xung kích trước và sau, nên chúng ta có thể nghe thấy hai tiếng nổ âm thanh đanh gọn mà dữ dội.

Tiếng nổ âm thanh có quan hệ với độ cao và tốc độ bay. Cùng một tốc độ bay, độ cao bay càng thấp, ảnh hưởng của sóng xung kích đối với mặt đất càng mạnh, và ngược lại thì yếu. Cũng như vậy, ở độ cao như nhau, tốc độ bay càng nhanh, sóng xung kích càng mạnh, và ngược lại thì nhỏ. Nếu bay với tốc độ siêu thanh ở độ cao thấp, tiếng nổ âm thanh sinh ra thậm chí có thể đánh sập công trình kiến trúc. Vì vậy, trong tình hình chung, máy bay bay với tốc độ siêu thanh không được thấp quá độ cao quy định. Làm như vậy mới có thể giảm yếu ảnh hưởng đối với mặt đất.

Từ khóa: Máy bay siêu thanh; Mặt đầu sóng; Tiếng nổ âm thanh.

59. Vì sao sóng hạ âm lại ảnh hưởng đến sức khoẻ con người?

Mấy năm trước, báo chí nước Pháp đã đăng một câu chuyện có thật như sau:

Sapelod là giáo sư của Học viện Marseille nước Pháp. Gần đây có một việc làm ông ta rất khổ tâm. Đó là, chỉ cần ông có mặt trong phòng làm việc trên tầng cao nhất của cao ốc trong một khoảng thời gian, thì sẽ cảm thấy từng cơn từng cơn nhức đầu và buồn nôn, nhưng hễ rời khỏi phòng làm việc thì những triệu chứng đó đều mất hẳn. Vì sức khoẻ của bản thân, ông quyết định từ bỏ công tác này. Trước lúc ra đi, vị giáo sư dùng mọi cách kiểm tra từng li từng tí gian phòng làm việc song chẳng phát hiện được bất kì vật phẩm hoặc hiện tượng dị thường nào có hại cho sức khoẻ con người. Đúng vào lúc ông thất vọng dựa lưng vào tường nghỉ ngơi một chút, đột nhiên ông cảm thấy bức tường đang rung nhẹ. Ông vô cùng ngạc nhiên, tường nhà vì sao lại rung động nhỉ? Qua quan sát tỉ mỉ, cuối cùng ông phát hiện, sự rung động của tường là do thiết bị điều hoà không khí trên nóc cao ốc gây nên. Thì ra, tần số riêng của toà nhà mà ông làm việc gần với tần số rung động của thiết bị điều hoà không khí nên gây ra cộng hưởng của tường nhà. Qua đo đạc, tần số rung động của nó cực thấp, mỗi giây chỉ rung động 7 lần, do đó sinh ra sóng hạ âm tần số 7 Hz.

Sóng hạ âm có quan hệ mật thiết với sinh hoạt của con người. Nỗi khổ tâm của giáo sư Sapelod như vừa kể ở trên chính là do sóng hạ âm gây ra. Kì thực, trong môi trường sinh hoạt của chúng ta, bất kể là hoạt động của thiên nhiên như núi lửa bùng nổ, thiên thạch rơi, dòng xiết khí quyển, sấm sét, bão từ, v.v. hoặc như hoạt động của con người: nổ hạt nhân, phóng tên lửa v.v. đều có thể sinh ra sóng hạ âm.

Xét cho cùng, loại sóng đó có ảnh hưởng gì đến sức khoẻ của con người nhỉ?

Các nhà khoa học phát hiện, sóng hạ âm có thể quấy rối chức năng bình thường của hệ thần kinh con người, nguy hại đến sức khoẻ con người. Sóng hạ âm có cường độ nhất định, có thể làm cho người thấy nhức đầu, buồn nôn, ói mửa, mất cảm giác thăng bằng, thậm chí tinh thần ủ rũ. Có người cho rằng, say tàu hay xe là do sóng hạ âm sinh ra khi thân tàu chuyển động gây nên. Người sống trong căn hộ cao mười mấy tầng, gặp thời tiết gió to, thường cảm thấy váng đầu, buồn nôn. Đó cũng là vì gió to làm cho cao ốc lay động, sinh ra sóng hạ âm.

Sóng hạ âm còn có thể làm cho người ù tai, hôn mê, thần kinh rối loạn, thậm chí đến mức tử vong. Vì vậy, đã có người nghĩ đến chuyện sử dụng sóng hạ âm cường độ lớn có thể chế tạo ra vũ khí có sức sát thương rất lớn, ví dụ như súng hạ âm.

Thực nghiệm trên động vật còn cho thấy, dưới tác động của sóng hạ âm cường độ cao 172 đêxiben thì chó hô hấp rất khó khăn, gần như xuất hiện hiện tượng ngạt thở. Nếu cường độ đó tăng đến trên 192 đêxiben, còn tần số ở trong khoảng 6 - 9 hec, chó có thể chết ngay lập tức.

Ảnh hưởng của sóng hạ âm đối với con người ngày càng được các nhà khoa học coi trọng. Có thể tin rằng, theo đà nghiên cứu sâu dần đối với loại sóng đó, các nhà khoa học sẽ tìm được phương pháp trừ bỏ tác hại của sóng hạ âm đối với sức khoẻ con người.

Từ khóa: Sức khoẻ; Sóng hạ âm.

60. Vì sao khi xe lửa chạy tới gần, tiếng còi nghe rít chói, còn khi chạy xa ra thì biến thành tiếng trầm khàn?

Giới tự nhiên có lắm kiểu nhiều dạng âm thanh, có âm cao, âm thấp. Chúng ta nói âm điệu của chúng khác nhau. Âm thanh có âm điệu cao, tần số rung động cao; ví dụ như âm thanh của cây sáo, âm điệu cao, nghe tương đối sắc. Âm thanh có âm điệu thấp, tần số rung động thấp; ví dụ như tiếng trống, âm điệu thấp, nghe tương đối trầm trầm.

Âm điệu của còi xe lửa lẽ ra phải cố định. Song, người tinh tế sẽ phát hiện, khi xe lửa chạy đến gần, tiếng còi nghe chói một chút, cũng có nghĩa là âm điệu cao lên một chút. Sau khi đi xa, tiếng còi biến thành trầm một chút, cũng có nghĩa là âm điệu thấp xuống một chút.

Vì nguyên nhân gì vậy?

Mấu chốt của vấn đề là ở chỗ, giữa nguồn âm thanh và người quan sát có sự chuyển động tương đối. Tiếng còi vốn có một tần số nhất định. Sự "thưa" và "dày" trong sóng âm được sắp xếp theo một khoảng cách nhất định. Khi xe lửa chạy về phía bạn, sự "thưa" và "dày" của sóng âm trong không khí bị nó ép chặt hơn, khoảng cách giữa "thưa" và "dày" càng gần hơn. Vì vậy, so với người quan sát thì tần số rung động của âm thanh càng nhanh lên, âm điệu cũng cao lên, âm thanh nghe thấy chói hơn một chút. Khi xe lửa rời khỏi bạn, nó kéo sự "thưa" và "dày" của sóng âm trong không khí giãn ra. Khoảng cách giữa "thưa" và "dày" xa nhau hơn. Vì vậy, so với người quan sát thì tần số rung động của âm thanh giảm chậm lại, âm điệu cũng thấp xuống, âm thanh nghe thấy trở nên trầm khàn. Tốc độ của xe lửa càng nhanh, sự biến đổi của âm điệu cũng càng lớn. Công nhân đường sắt ngày ngày tiếp xúc với xe lửa đã có nhiều kinh nghiệm về mặt này. Họ có thể dựa vào sự biến đổi của âm điệu của tiếng còi mà đoán ra tốc độ và hướng chạy của xe hoả.

Trong khoa học, khi giữa nguồn sóng và người quan sát có chuyển động tương đối, hiện tượng tần số thu được của người quan sát khác với tần số phát ra của nguồn sóng gọi là hiệu ứng Doppler. Sự biến đổi âm điệu của còi xe lửa là một ví dụ thực của hiệu ứng Doppler.

Trong thiên văn, dựa vào hiệu ứng Doppler có thể tính toán chính xác được tốc độ của thiên thể so với Trái Đất. Tốc độ chuyển động của vệ tinh nhân tạo cũng được đo đạc bằng cách lợi dụng hiệu ứng Doppler. Tốc độ máu chảy trong huyết quản con người cũng có thể lợi dụng hiệu ứng Doppler để đo.

Từ khóa: Xe lửa; Âm thanh; Âm điệu; Hiệu ứng Doppler.