🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook 10 Vạn Câu Hỏi Vì Sao Về Vật Lý Ebooks Nhóm Zalo LỜI NHÀ XUẤT BẢN Mười vạn câu hỏi vì sao là bộ sách phổ cập khoa học dành cho lứa tuổi thanh, thiếu niên. Bộ sách này dùng hình thức trả lời hàng loạt câu hỏi "Thế nào?", "Tại sao?" để trình bày một cách đơn giản, dễ hiểu một khối lượng lớn các khái niệm, các phạm trù khoa học, các sự vật, hiện tượng, quá trình trong tự nhiên, xã hội và con người, giúp cho người đọc hiểu được các lí lẽ khoa học tiềm ẩn trong các hiện tượng, quá trình quen thuộc trong đời sống thường nhật, tưởng như ai cũng đã biết nhưng không phải người nào cũng giải thích được. Bộ sách được dịch từ nguyên bản tiếng Trung Quốc do Nhà xuất bản Thiếu niên Nhi đồng, Trung Quốc xuất bản. Do tính thiết thực, tính gần gũi về nội dung và tính độc đáo về hình thức trình bày mà ngay khi vừa mới xuất bản ở Trung Quốc, bộ sách đã được bạn đọc tiếp nhận nồng nhiệt, nhất là thanh thiếu niên, tuổi trẻ học đường. Do tác dụng to lớn của bộ sách trong việc phổ cập khoa học trong giới trẻ và trong xã hội, năm 1998 Bộ sách Mười vạn câu hỏi vì sao đã được Nhà nước Trung Quốc trao "Giải thưởng Tiến bộ khoa học kĩ thuật Quốc gia", một giải thưởng cao nhất đối với thể loại sách phổ cập khoa học của Trung Quốc và được vinh dự chọn là một trong "50 cuốn sách làm cảm động Nước Cộng hoà" kể từ ngày thành lập nước. Mười vạn câu hỏi vì sao Bộ sách Mười vạn câu hỏi vì sao có 12 tập, trong đó 11 tập trình bày các khái niệm và các hiện tượng thuộc 11 lĩnh vực hay bộ môn tương ứng: Toán học, Vật lí, Hoá học, Tin học, Khoa học môi trường, Khoa học công trình, Trái Đất, Cơ thể người, Khoa học vũ trụ, Động vật, Thực vật; ở mỗi lĩnh vực các tác giả vừa chú ý cung cấp các tri thức khoa học cơ bản, vừa chú trọng phản ánh những thành quả và những ứng dụng mới nhất của lĩnh vực khoa học kĩ thuật đó; Các tập sách đều được viết với lời văn dễ hiểu, sinh động, hấp dẫn, hình vẽ minh hoạ chuẩn xác, tinh tế, rất phù hợp với độc giả trẻ tuổi và mục đích phổ cập khoa học của bộ sách. Do chứa đựng một khối lượng kiến thức khoa học đồ sộ, thuộc hầu hết các lĩnh vực khoa học tự nhiên và xã hội, lại được trình bày với một văn phong dễ hiểu, sinh động, Mười vạn câu hỏi vì sao có thể coi như là bộ sách tham khảo bổ trợ kiến thức rất bổ ích cho giáo viên, học sinh, các bậc phụ huynh và đông đảo bạn đọc Việt Nam. Trong xã hội ngày nay con người sống không thể thiếu những tri thức tối thiểu về văn hóa, khoa học; Sự hiểu biết về văn hóa, khoa học của con người càng rộng, càng sâu thì mức sống, mức hưởng thụ văn hóa của con người càng cao và khả năng hợp tác, chung sống, sự bình đẳng giữa con người càng lớn, càng đa dạng, càng có hiệu quả thiết thực; Mặt khác khoa học hiện đại đang phát triển cực nhanh, tri thức khoa học mà con người cần nắm ngày càng nhiều, do đó, việc xuất bản tủ sách phổ biến khoa học dành cho tuổi trẻ học đường Việt Nam và cho toàn xã hội là điều hết sức cần thiết, cấp bách và có ý nghĩa xã hội, ý nghĩa nhân văn rộng lớn; Nhận thức được điều này, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam cho xuất bản Bộ Mười vạn câu hỏi vì sao và tin tưởng sâu sắc rằng bộ sách này sẽ là người thầy tốt, người bạn chân chính của đông đảo thanh, thiếu niên Việt Nam, đặc biệt là học sinh, sinh viên trên con đường học tập, xác lập nhân cách, bản lĩnh để trở thành công dân hiện đại, mang tố chất công dân toàn cầu. Ebook miễn phí tại : www.Sachvui.Com 1. Vì sao sức nặng của vật thể có thể biến đổi? Nếu có ai nói với bạn rằng sức nặng của một vật thể không phải là cố định mà có thể biến đổi theo những địa điểm khác nhau, liệu bạn có tin không? Song sự thực lại đúng là như vậy. Đưa vật thể đến những địa điểm khác nhau, sức nặng của chúng quả thực có xảy ra sự biến đổi. Một sự việc như thế này đã từng xảy ra: một nhà buôn mua của ngư dân 5000 tấn cá trắm đen của Hà Lan, đưa lên tàu chở từ đó về thủ đô Môgađishu của Xômali, gần xích đạo. Đến nơi, dùng cân lò xo cân lại bỗng thấy thiếu hơn 30 tấn cá. Lạ thật, cá chạy đi đâu nhỉ? Bị mất cắp là điều không thể có, vì trên đường đi, tàu không hề cập bến bờ nào cả. Tiêu hao trong quá trình xếp dỡ cũng không thể nhiều đến thế. Mọi người xôn xao bàn tán, nhưng không ai vạch ra được điều bí ẩn này. Về sau, sự thật cũng được làm sáng tỏ. Cá không bị mất cắp, cũng không phải việc xếp dỡ gây nên hao hụt, mà do sự tự quay của Trái Đất và sức hút của nó. Hoá ra là sức nặng của một vật thể - tức là trọng lực tác động lên nó, là do sức hút của Trái Đất lên vật thể đó tạo ra. Song Trái Đất lại luôn luôn xoay quanh mình, tạo ra một loại lực li tâm tự quay. Vì vậy, độ lớn của trọng lực mà vật thể chịu tác động bằng với hợp lực của sức hút Trái Đất và lực li tâm quán tính của sự tự quay, đúng ra là sức hút của địa tâm trừ đi thành phần thẳng đứng của lực li tâm quán tính của sự tự quay. Vì Trái Đất có hình bầu dục bẹt ở hai đầu, càng gần xích đạo thì khoảng cách giữa mặt đất và địa tâm càng lớn, sức hút Trái Đất cũng lại càng nhỏ. Mặt khác, càng gần xích đạo, lực li tâm tác dụng lên vật thể do sự tự quay của Trái Đất sinh ra lại càng lớn cho nên càng gần xích đạo, trọng lực thực tế tác động lên vật thể càng nhỏ. 5000 tấn cá trắm đen, vận chuyển từ nước Hà Lan có vĩ độ trung bình đến nước Xômali gần xích đạo, trọng lực tác động tất nhiên giảm dần. Đó là lý do vì sao khi cân lại, cá bị hụt hơn 30 tấn. Nếu một vận động viên leo núi nhặt được một tiêu bản nham thạch trên đỉnh Evơret mang về Bắc Kinh, nó sẽ nặng hơn một chút. Còn như có nhà phi hành vũ trụ mang nó vào khoảng không bên ngoài phạm vi sức hút Trái Đất nó sẽ không còn sức nặng nữa. Song, bất kể là sức nặng của vật thể biến đổi ra sao, khối lượng của chúng vẫn không hề thay đổi. Điều đáng chú ý là, sự biến đổi sức nặng của vật thể chỉ có thể cân đo ra được bằng cân lò xo mà thôi. Dùng cân bàn hoặc cân đòn đều không cân đo được, vì hai dụng cụ này đo khối lượng của vật thể (và đơn vị tấn mà ta nói ở trên là tấn lực). Từ khóa : Sức nặng; Sức hút Trái Đất . 2. Một mét dài bao nhiêu? Trong hộp đựng dụng cụ học tập của bạn thường có một thước thẳng bằng nhựa trong suốt, trên mặt thước có in từng vạch thẳng, các vạch nhỏ cách nhau một milimet, mười vạch nhỏ bằng một xentimet, 1000 vạch nhỏ bằng chiều dài một mét. Đơn vị theo hệ mét là đơn vị độ dài thông dụng trên thế giới. Vì sao phải dùng đơn vị độ dài thống nhất nhỉ? Thời cổ đại, các nước đều có đơn vị độ dài của riêng mình. Vả lại, đơn vị độ dài ở mỗi thời kì có khi còn biến đổi nữa. Đơn vị đo độ dài thay đổi nhiều sẽ gây ra không ít khó khăn cho việc chế tạo cơ khí chính xác. Sau cuộc cách mạng công nghiệp thế kỉ XVIII, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật buộc các nhà khoa học phải nhanh chóng tìm ra tiêu chuẩn độ dài thống nhất quốc tế có thể duy trì lâu dài không đổi. Các nhà khoa học lúc bấy giờ cho rằng kích thước của Trái Đất không biến đổi. Năm 1790, giới khoa học Pháp đã đo kinh tuyến của Trái Đất, đề xuất ý kiến lấy 1/10 triệu của đoạn kinh tuyến từ xích đạo đi qua Pari đến Bắc Cực làm tiêu chuẩn độ dài, gọi là một "mét". Con người căn cứ vào tiêu chuẩn độ dài đó chế ra một thước mét tiêu chuẩn đầu tiên bằng platin. Năm 1889, Hội nghị về đo lường quốc tế đã chính thức quyết định, dựa theo độ dài của thước mét tiêu chuẩn đầu tiên, dùng hợp kim platin - iriđi chế thành một thước mét có mặt cắt ngang hình chữ X làm thước mét tiêu chuẩn quốc tế. Thước này được cất giữ cẩn thận tại Cục Đo lường quốc tế Pari. Thước mét tiêu chuẩn phục chế của các nước phải được đưa định kì đến Pari để so mẫu với thước mét tiêu chuẩn quốc tế đó. Nhưng các nhà khoa học chưa cảm thấy hài lòng đối với thước mét quý giá ấy. Một là, nó quá mềm yếu, muốn duy trì được độ chính xác, bắt buộc phải đặt nó trong phòng có nhiệt độ ổn định suốt cả năm. Hai là, hợp kim platin - iriđi vẫn không tránh được hiện tượng lạnh co, nóng giãn. Ba là, thước chế tạo bằng kim loại, thời gian dài lâu thế nào cũng bị ăn mòn, hư hại. Các nhà khoa học cận đại đã nghiên cứu bản chất của ánh sáng, phát hiện nó lan truyền dưới hình thức của sóng. Ánh sáng màu sắc khác nhau có bước sóng khác nhau, đồng thời phát hiện nó lan truyền dưới dạng bước sóng hết sức ổn định. Dùng bước sóng của ánh sáng làm tiêu chuẩn độ dài có tính ưu việt không gì sánh bằng. Vì vậy, tháng 10 năm 1960, Hội nghị đo lường quốc tế khoá 11 đã chính thức quyết định: Bước tiêu chuẩn của mét bằng 1650763,73 lần bước sóng ánh sáng màu vàng cam của kpypton - 86 phát ra trong chân không. Sau khi phát minh ra laze , do tính đơn sắc của laze tốt, độ chói cao, khi dùng bước sóng của laze làm chuẩn gốc, độ chính xác so với dùng đèn của chất đồng vị kpypton - 86 được nâng cao tới 1.000.000 lần. Vì vậy, laze nhanh chóng trở thành "thước ánh sáng" lí tưởng của các nhà khoa học. Tuy đã có thước ánh sáng của laze nhưng các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục tìm kiếm cái thước chính xác hơn. Ngày 20 tháng 10 năm 1983, trong Hội nghị đo lường quốc tế khoá 17 họp tại Pari, các bộ môn đầy quyền lực hữu quan lại tiến một bước trong việc xác định độ dài tiêu chuẩn của mét, cụ thể bằng độ dài của đoạn đường mà ánh sáng lan truyền trong chân không trong thời gian 1/299792458 giây. Vì rằng tốc độ truyền của ánh sáng trong chân không là không đổi, nên cái "thước ánh sáng" mới này đặc biệt chính xác. Từ khóa : Thước mét tiêu chuẩn; Kinh tuyến; Kpypton - 86; Laze . 3. Vì sao các đường ô tô lên núi đều quanh co uốn khúc? Ôtô muốn từ chân núi chạy lên, không thể chạy thẳng đứng được, bao giờ cũng theo đường vòng vèo quanh núi mà chạy dần lên. Khi làm như vậy, chẳng những xe chạy được tương đối an toàn mà còn đỡ tốn sức nữa. Chúng ta hầu như đều nhận thấy: đi bộ hoặc cưỡi xe đạp từ chỗ thấp lên chỗ cao vất vả hơn so với đi trên đất bằng, leo lên sườn dốc đứng sẽ mất sức nhiều hơn so với sườn dốc thoai thoải. Vì vậy, khi lên sườn dốc, bao giờ người ta cũng tìm cách làm giảm bớt độ dốc của sườn núi đi một ít. Đối với sườn núi có độ cao nhất định thì mặt nghiêng của sườn núi càng dài, độ dốc càng bé. Vì vậy, con người hay dùng cách kéo dài mặt nghiêng để làm giảm độ dốc, đạt được mục đích ít tốn sức. Ví dụ như khi đẩy xe chở hàng nặng lên dốc, nếu đẩy thẳng tuột lên, người sẽ cảm thấy rất mất sức. Những người có kinh nghiệm thường đẩy lên theo hình chữ S. Như vậy, tuy có đi dài thêm một ít đường, nhưng có thể bớt tốn nhiều sức lực. Lên dốc theo hình chữ S tức là làm cho mặt nghiêng dài ra, giảm thấp độ dốc. Còn một ví dụ nữa, ở hai đầu của một cái cầu to và cao đều có đường dẫn lên cầu khá dài, có khi còn xây đường dẫn thành hình xoắn ốc. Đó đều nhằm làm giảm độ dốc của cầu mà phải kéo dài mặt cầu ra. Từ khoá: Mặt nghiêng; Đỡ mất sức; Đường dẫn lên cầu 4. Vì sao cái kim dễ xuyên vào vật khác? Dùng đầu cái kim xuyên vào tờ giấy, cái kim xuyên thủng một lỗ nhỏ trên giấy rất dễ dàng. Nếu quay ngược kim lại, lấy cái đầu cùn hơi tròn tròn xuyên vào giấy thì không mấy dễ dàng xuyên thủng được giấy. Đó là vì áp suất đặt lên mặt giấy có độ lớn khác nhau. Áp suất là độ lớn của áp lực đặt lên trên một đơn vị diện tích. Khi chúng ta lần lượt dùng đầu nhọn và đầu cùn của kim xuyên vào tờ giấy, tuy lực bỏ ra bằng nhau, nhưng áp suất đặt lên tờ giấy lại khác nhau. Khi xuyên bằng đầu nhọn, lực bỏ ra đều tập trung vào đầu kim nhọn; còn khi dùng đầu cùn, lực bỏ ra lại bị phân tán trên diện tích lớn hơn so với đầu nhọn. Theo đó, áp suất của đầu kim nhọn đặt lên tờ giấy sẽ lớn hơn áp suất của đầu kim cùn. Vì vậy, đầu kim nhọn của kim dễ xuyên thủng giấy hơn đầu kim cùn. Trong đời sống, có rất nhiều ví dụ về làm tăng áp suất, như dùng kim may quần áo, dùng ống tiêm để tiêm thuốc, đóng đinh lên tường, dùng dao sắt để cắt đồ vật v.v. đều là tập trung lực trên một diện tích tương đối nhỏ, nhằm đạt được mục đích làm tăng áp suất. Nhưng áp suất quá lớn cũng thường gây nên rắc rối. Khi bạn đi bộ trên đất phủ tuyết, hai chân hay bị lún xuống. Đó là vì áp suất của cơ thể đối với đất phủ tuyết quá lớn. Nếu bạn đi giày trượt tuyết thì chẳng những không bị lún, mà còn có thể trượt trên tuyết như bay nữa. Hoá ra là tấm trượt tuyết vừa rộng vừa lớn, làm tăng diện tích hơn 20 lần so với chân bạn, chúng làm cho áp lực của thân thể bạn đặt lên đất phủ tuyết bị phân tán ra. Hiểu rõ điều này, bạn sẽ nhận thức được ngay vì sao bánh xe của xe tăng và máy kéo phải có bánh xích vừa dài vừa rộng quàng lên hay vì sao phải đặt đường ray tàu hoả lên trên những thanh tà vẹt. Từ khoá: Áp lực; Áp suất. 5. Vì sao dùng ống hút có thể hút được nước giải khát ? Khi bạn dùng ống hút để uống nước giải khát, bạn có thoáng đặt câu hỏi: vì sao miệng vừa hút một cái thì nước liền theo ống hút chạy vào mồm chúng ta ngay? Điều đó chủ yếu là nhờ vào sự giúp sức của áp suất khí quyển. Chúng ta biết rằng, xung quanh Trái Đất có một lớp không khí khá dày bao bọc, gọi là khí quyển. Ở đâu có không khí thì ở đó phải chịu tác động của áp suất khí quyển. Tại bề mặt của Trái Đất, áp suất khí quyển trên diện tích mỗi cm2 vào khoảng 10 niutơn. Cắm ống hút vào trong cốc nước, bên trong và bên ngoài của ống hút đều tiếp xúc với không khí, đều chịu tác động của áp suất khí quyển, và áp suất khí quyển bên trong, bên ngoài bằng nhau. Khi ấy nước ở trong và ngoài ống đều duy trì trên cùng một mặt phẳng ngang. Chúng ta ngậm ống hút và hút một cái, không khí trong ống bị chúng ta hút đi, trong ống không còn không khí, áp suất tác động lên mặt nước bên trong ống hút nhỏ hơn áp suất tác động lên mặt nước bên ngoài ống hút. Thế là áp suất khí quyển liền ép đồ uống chui vào ống hút, làm cho mặt nước trong ống hút dâng cao lên. Chúng ta tiếp tục hút như thế, đồ uống sẽ ùn ùn tuôn vào miệng không dứt. Từ khoá: Ống hút; Áp suất khí quyển. 6. Vì sao bút máy có thể tự chảy mực ra? Khi bạn dùng bút máy viết chữ trên giấy, lập tức xuất hiện nét chữ bằng mực. Hẳn bạn đã từng băn khoăn: vì sao khi bạn viết, mực trong bút máy lại liên tục chảy ra; còn khi bạn ngừng viết, mực lại không chảy ra nữa? Chúng ta hãy làm một thí nghiệm: Cắm một ống thuỷ tinh nhỏ vào trong cái cốc thuỷ tinh có đựng nước, nước liền nhanh chóng dâng cao lên bên trong ống, khi đó ta thấy mặt nước trong ống còn cao hơn mặt nước trong cốc thuỷ tinh. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng mao dẫn. Bút máy được thiết kế ra chính là ứng dụng nguyên lí mao dẫn này. Nó dựa vào một loạt các rãnh mao dẫn trên thân ngòi bút và khe hở nhỏ ở đầu ngòi bút mà vận chuyển mực từ trong ruột bút đến đầu ngòi bút. Khi viết chữ, đầu ngòi bút vừa chạm vào tờ giấy, mực liền dính lên giấy, lưu lại trên đó những nét chữ rõ rệt. Khi ngừng viết, vì sao mực trong bút máy không chảy ra nhỉ? Chúng ta hãy làm thêm một thí nghiệm nhỏ nữa để làm rõ vấn đề này. Lấy một tấm bìa cứng đậy lên miệng cốc thuỷ tinh đựng đầy nước, ép chặt tấm bìa và nhanh chóng lật ngược cả cốc nước và bìa lộn đầu xuống phía dưới, sau đó nhẹ nhàng bỏ tay ép tấm bìa ra. Khi ấy tấm bìa cứng bị hút chặt vào miệng cốc và đỡ lấy lượng nước đầy trong cốc. Sức mạnh nào đã đỡ được tấm bìa mà nhờ đó nước trong cốc thuỷ tinh không chảy ra ngoài? Đó là tác động của áp suất khí quyển. Chính là áp suất khí quyển đã đỡ được tấm bìa và nước trong cốc. Lúc không viết chữ, mực trong bút máy không chảy ra ngoài cũng bởi nguyên nhân đó, vì áp suất khí quyển bên ngoài ruột bút lớn hơn áp suất bên trong, cho nên có thể giữ mực lại. Từ khoá: Bút máy; Hiện tượng mao dẫn; Áp suất khí quyển. 7. Vì sao tháp nước phải xây thật cao? Vặn vòi ra, nước máy tuôn ra rào rào. Nước máy từ đâu đến vậy nhỉ? Chắc chắn là bạn sẽ nghĩ tới ống nước chôn sâu dưới đất. Nhưng muốn truy tìm nguồn nước thì phải lần theo ống nước đến tận nhà máy nước xem sao. Thì ra, những ống nước chôn ở dưới đất ấy đều nối liền làm một với tháp nước rất cao trong nhà máy nước. Vậy thì, các tháp nước có tác dụng gì? Chúng ta có thể đưa ra một ví dụ nhỏ. Khi tưới hoa, nếu bạn hơi nghiêng bầu nước một chút, dòng nước chảy ra vừa mảnh lại vừa chậm; nếu nghiêng bầu nước rạp xuống nhiều hơn nữa thì dòng nước phun ra vừa to vừa xiết. Do nguyên nhân gì nhỉ? Hoá ra là mực nước càng cao thì áp suất sẽ càng tăng. Làm cho bầu nước nghiêng đi tức là làm cho độ cao mực nước đối với vòi phun lớn lên, áp suất của nước cũng theo đó mà lớn lên, dòng nước phun ra cũng vừa to vừa xiết. Đối với tháp nước cao, nếu độ cao của một tháp nước là 10 m, độ cao của một tháp nước khác chỉ có 5 m thì áp suất dòng nước ở đáy của cái tháp cao 10 m lớn hơn áp suất dòng nước ở đáy tháp 5 m khoảng 49 kilôpascan (kPa). Nếu kích thước của miệng lỗ chảy nước ở hai đáy bằng nhau, khi mở chúng ra đồng thời với nhau, nước chảy ở miệng có áp suất lớn tất nhiên mạnh hơn ở áp suất nhỏ. Vì nước máy phải cung ứng cho các hộ tiêu dùng ở những địa thế cao thấp khác nhau nên nếu áp suất không đủ thì hộ tiêu dùng ở địa thế cao sẽ không lấy được nước. Vì vậy, tháp nước nói chung phải xây thật cao. Ở những thành phố lớn và thành phố vừa hiện đại hoá, do phạm vi của mạng lưới cấp nước rộng, sức cản của đường ống lớn, chỉ dựa vào tháp nước để sinh ra áp lực là không đủ, còn phải nhờ vào rất nhiều máy bơm tăng áp lực nước. Từ khoá: Tháp nước; Áp suất. 8. Vì sao con lật đật không bị đổ nhào? Mọi người đều có thể nhận thấy hiện tượng: viên gạch nằm ngang rất ổn định, dựng nó đứng thẳng lên thì rất dễ bị đổ nhào; cái chai đựng nửa chai nước đặt đứng trên mặt đất bằng phẳng thì rất ổn định, chai không hoặc chai đựng đầy nước thì tương đối dễ bị lật nhào. Từ hai sự việc kể trên, có thể thấy, muốn cho một vật thể ổn định, không dễ bị lật đổ thì cần phải thoả mãn hai điều kiện: một là diện tích đáy của nó phải lớn; hai là sức nặng của nó phải cố tập trung vào phần dưới, nói cách khác là trọng tâm của nó phải thấp. Trọng tâm của vật thể có thể xem là điểm tác động hợp lực của trọng lực đặt lên đấy. Đối với bất kì vật thể nào, nếu diện tích đáy của nó càng lớn, trọng tâm càng thấp thì nó càng ổn định, càng khó bị đổ nhào. Ví dụ: các kiến trúc hình tháp bao giờ cũng là bên dưới phình, bên trên nhọn, khi xếp hàng hoá vận chuyển bao giờ cũng đặt vật nặng xuống dưới, vật nhẹ lên trên. Nắm được các kiến thức đó rồi, chúng ta hãy quay lại xem xét con lật đật. Toàn bộ thân mình con lật đật đều rất nhẹ, song ở đáy của nó có một cục chì hoặc cục sắt hơi nặng, vì vậy trọng tâm của nó rất. Mặt khác, mặt đáy của con lật đật lớn mà tròn nhẵn, dễ đung đưa. Khi con lật đật nghiêng lệch về một phía, do điểm tựa (điểm tiếp xúc của nó và mặt bàn) bị chuyển động, trọng tâm và điểm tựa không còn ở cùng trên đường thẳng góc nữa. Lúc ấy, dưới tác động của trọng lực, con lật đật sẽ đung đưa quanh điểm tựa cho đến khi khôi phục lại vị trí bình thường của nó. Mức độ nghiêng lệch của con lật đật càng lớn, khoảng cách ngang giữa trọng tâm và điểm tựa lại càng lớn, hiệu quả đung đưa do trọng lực sinh ra cũng càng lớn, xu thế khiến nó phục hồi về vị trí cũ cũng càng rõ rệt. Vì vậy, con lật đật có xô cũng không thể nhào đổ được. Hiện tượng những vật thể vốn đứng yên, như kiểu con lật đật, sau khi bị những nhiễu động nhỏ mà có thể tự động phục hồi lại trạng thái thăng bằng ở vị trí cũ, trong vật lí người ta gọi đó là sự thăng bằng ổn định (cân bằng bền). Còn những vật thể hình cầu như quả bóng bàn, bóng đá, bóng chuyền, v.v. sau khi chịu ngoại lực tác động, có thể tiếp tục giữ thăng bằng ở bất kì vị trí nào thì loại trạng thái đó gọi là thăng bằng phiếm định (cân bằng phiếm định). Vật thể ở trạng thái thăng bằng phiếm định thì trọng tâm và điểm tựa của nó luôn luôn nằm trên cùng một đường thẳng và độ cao của trọng tâm không bao giờ biến đổi. Cây bút đặt nằm ngang trên bàn là một loại thăng bằng phiếm định, bất kể nó lăn tới đâu, độ cao của trọng tâm vẫn không biến đổi. Từ khoá: Con lật đật; Trọng tâm; Thăng bằng ổn định; Thăng bằng phiếm định. 9. Vì sao không nhún chân thì không nhảy được? Nếu có người hỏi bạn: Không nhún chân có thể nhảy lên được không? Có lẽ bạn không trả lời ngay được. Vậy thì hãy thử làm một cái xem sao nào. Bạn sẽ nhận thấy rằng nếu không nhún chân thì không sao nhảy lên được, gân cốt hoàn toàn như không có chỗ triển khai. Đó là điều gì vậy? Hoá ra là trong trường hợp tổng quát, chuyển động của vật thể đều phải tuân thủ các quy luật khách quan nhất định, đó là định luật Newton. Định luật thứ ba của Newton cho chúng ta biết rằng: Khi vật thể A tác động một lực lên vật thể B, tất nhiên vật thể B cũng đồng thời tác động lên vật thể A một phản lực, độ lớn của lực và phản lực bằng nhau, ngược chiều nhau và ở cùng trên một đường thẳng. Ví dụ như khi vỗ tay, bàn tay phải tác động lên bàn tay trái một lực, bàn tay trái đồng thời cũng tác động lại lên bàn tay phải một lực; để quyển sách lên bàn, sách có lực ép xuống bàn thì đồng thời mặt bàn cũng sinh ra một lực đỡ đối với quyển sách. Chúng đều là lực và phản lực. Chúng ta muốn từ mặt đất nhảy một cái, thì phải làm cho mặt đất tác dụng một lực lên chúng ta. Nhưng làm thế nào mới có thể khiến cho mặt đất tác động lên chúng ta một lực nhỉ? Điều đó đòi hỏi chúng ta phải tác động lên mặt đất một lực trước đã. Chúng ta nhún chân, thấp người xuống rồi mới nhảy lên, tức là điều chỉnh cơ bắp của chân, làm cơ bắp co lại tác động một lực lên mặt đất. Như vậy, mặt đất sẽ đồng thời sinh ra một phản lực hướng lên trên đối với chúng ta. Nhờ vào phản lực đó, chúng ta nhảy lên được. Cơ bắp của chân tác động lên mặt đất một lực càng lớn, phản lực của mặt đất đối với chúng ta cũng càng lớn, vì vậy, nhảy được càng cao. Nếu không nhún chân, cơ bắp của chân sẽ không có cách gì sinh ra lực đối với mặt đất thì mặt đất cũng sẽ không sinh ra phản lực đối với chúng ta, cho nên không nhảy lên được. Khi một chiếc thuyền muốn rời bến, người trên thuyền dùng sào tre chống vào bờ, lực chống càng lớn, thuyền rời bến càng xa. Đó cũng là quy luật của lực và phản lực. Từ khoá: Định luật thứ ba của Newton; Lực; Phản lực. 10. Vì sao khi đi trên dây thép phải đung đưa hai cánh tay? Đi trên dây thép là một trong những tiết mục xiếc có từ rất lâu đời. Người đã xem qua tiết mục này đều tấm tắc khen tài nghệ điêu luyện của diễn viên. Diễn viên xiếc bước trên dây thép mảnh, có thể nói là chẳng có "đất đặt chân", nhưng họ lại có thể linh hoạt nhẹ nhàng biểu diễn các loại động tác nguy hiểm và đẹp mắt trên đó như trên đất bằng. Vậy vì sao diễn viên xiếc đi trên dây lại không bị rơi xuống? Chúng ta biết rằng, bất kể là vật thể nào, nếu muốn giữ được thăng bằng thì đường tác động trọng lực (đường thẳng đứng đi qua trọng tâm) của vật thể phải đi qua mặt đỡ (mặt tiếp xúc của vật thể với vật đỡ nó). Nếu đường tác động trọng lực không đi qua mặt đỡ, vật thể sẽ bị lộn nhào xuống. Dựa vào điều kiện thăng bằng vật thể, vốn đòi hỏi diễn viên biểu diễn đi trên dây luôn luôn giữ cho đường tác động trọng lực của thân thể mình đi qua mặt đỡ - dây thép. Do dây thép rất mảnh, mặt đỡ đối với người cực nhỏ, người bình thường rất khó giữ cho đường tác động trọng lực của thân thể vừa khéo rơi đúng trên dây thép, lúc nào cũng có nguy cơ đổ nhào xuống. Khi diễn viên xiếc đi trên dây, họ dang rộng hai cánh tay, đung đưa sang phải sang trái, là để điều tiết trọng tâm của thân thể, điều chỉnh đường tác động trọng lực của thân thể lên dây thép, làm cho thân thể khôi phục lại thăng bằng. Thường ngày, chúng ta vẫn thường thấy: Khi thân mình loạng choạng suýt ngã, chúng ta cũng sẽ lập tức đung đưa hai cánh tay để giữ cho nó ổn định trở lại. Lúc ấy, chúng ta cũng nhờ vào sự đung đưa hai cánh tay để điều chỉnh trọng tâm của thân thể. Có diễn viên xiếc khi đi trên dây, trong tay còn cầm một sào tre khá dài, hoặc những thứ khác như cái ô vải hoa, ba toong, quạt màu v.v. Bạn chớ cho rằng những thứ đó là gánh nặng thừa thãi của người biểu diễn. Hoàn toàn ngược lại. Đó đều là những công cụ phụ trợ giúp cho thân thể diễn viên được thăng bằng. Chúng có tác dụng làm cho cánh tay của diễn viên như thêm dài ra. Từ khoá: Mặt đỡ; Trọng tâm; Thăng bằng. 11. Vì sao trên núi cao nấu cơm không chín? Những người thăm dò địa chất và vận động viên leo núi hoạt động trên núi cao thường hay gặp chuyện lúng túng như thế này: nước trong nồi cơm sôi sùng sục đã lâu, hơi nước bốc nghi ngút, song cơm trong nồi vẫn sống. Điều đó rốt cuộc là gì vậy? Hóa ra là, nước cũng hệt như các chất khác, điểm sôi của nó có quan hệ với áp suất. Áp suất lớn, điểm sôi cao; áp suất nhỏ, điểm sôi thấp. Khi độ cao ở gần mực nước biển, áp suất khí quyển vào khoảng 101,3 kilopascan (kPa). Điểm sôi của nước ở độ cao đó là 100°C. Nhưng lên núi cao, theo đà tăng của độ cao, áp suất khí quyển giảm dần, điểm sôi của nước cũng bắt đầu hạ thấp. Có nghĩa là trên núi cao, không phải tới 100°C nước mới bắt đầu sôi. Theo đo đạc, hễ độ cao tăng 1000 m, điểm sôi của nước hạ thấp khoảng 3°C. Ở độ cao 5000 m trên mực nước biển, dù rằng lửa cháy thật bốc, nước trong nồi cơm sôi rồi, nhiệt độ nước vẫn không vượt quá 85°C. Còn trên đỉnh nóc nhà thế giới - đỉnh núi Evơret (với độ cao khoảng 8848 m), nước mới ở nhiệt độ xấp xỉ 73,5°C cũng đã đạt tới điểm sôi rồi. Nhiệt độ như thế tất nhiên không thể nấu gạo sống thành cơm chín được. Nếu vậy, chẳng nhẽ ở trên núi cao đành phải ăn cơm sống hay sao? Cố nhiên không phải vậy. Con người đã nghĩ ra một loại nồi áp suất thích hợp cho việc đun nước nấu cơm cho trường hợp núi cao. Khi nấu bằng nồi áp suất, hơi nước không có cách gì bay từ trong nồi ra, càng tích tụ càng nhiều, nên đã tăng áp suất trong nồi lên. Khi áp suất đạt tới 101,3 kPa, điểm sôi của nước đương nhiên cũng đạt tới 100°C, gạo sống cũng có thể nấu thành cơm chín được. Hiện nay, các gia đình cũng dùng nồi áp suất. Nói chung áp suất của loại nồi đó được khống chế vào khoảng 223 kPa (cỡ 2,2 atm), nhiệt độ cao nhất trong nồi có thể tới 123°C. Nấu cơm và thức ăn bằng nồi áp suất vừa tiết kiệm chất đốt, vừa rút bớt thời gian và mang lại nhiều thuận tiện cho cuộc sống. Từ khoá: Nồi áp suất; Điểm sôi; Áp suất. 12. Con người lặn xuống biển sâu, thân mình có bị ép bẹp không? Các vật thể chìm trong nước đều phải chịu áp suất của nước. Áp suất này tỉ lệ thuận với độ sâu của nước. Hễ độ sâu tăng lên 10 m, áp suất sẽ tăng 98 kPa. Cũng có nghĩa là, trên diện tích 1 cm2, áp lực tăng lên 9,8 niutơn (N). Làm một con tính sơ lược: thân mình của một người trưởng thành có diện tích khoảng 15000 cm2. Nếu người ấy lặn xuống nước 30 m, áp lực đè lên thân mình anh ta sẽ tăng đến 441.000 N. Dưới một áp lực lớn như thế, liệu thân mình của người thợ lặn có bị ép bẹp không? Không hề. Vì trong tổ chức thân thể của người trưởng thành có trên 60% là nước và nước thì không thể ép bẹp được. Đồng thời trong quá trình người thợ lặn từ từ lặn xuống nước, thông qua cách hít không khí trong bình khí nén mà không ngừng điều tiết áp suất chất khí trong cơ thể, làm cho nó triệt tiêu với áp suất nước ở dưới sâu đè lên người anh ta. Áp lực nước tuy không ép bẹp được người thợ lặn, song độ sâu lặn được của con người cũng có giới hạn. Một mặt, vì theo đà độ sâu lặn tăng lên, áp suất nước càng lúc càng lớn, ngộ nhỡ nó vượt quá áp suất của bình không khí nén mà người thợ lặn mang theo thì anh ta khó bề điều tiết sự cân bằng áp suất trong và ngoài cơ thể và duy trì sự hô hấp. Mặt khác, vì làm việc trong môi trường áp suất cao, không khí mà người thợ lặn thở là không khí áp suất cao, khí nitơ trong đó sẽ hoà tan vào trong máu, vào các tổ chức và vào trong chất béo. Lượng hoà tan này tăng lên theo sự tăng cao của áp suất chất khí và sự kéo dài của thời gian lặn. Nếu người thợ lặn nổi lên nhanh quá, áp suất nước giảm xuống, khí nitơ trong máu thường là giãn nở nhanh chóng, trở thành bọt khí, bịt kín các huyết quản hoặc đè chặt các tổ chức trong cơ thể, gây nên bệnh giảm áp. Hiện tượng khí nitơ trong cơ thể nở ra nhanh chóng giống như khí vừa mở nắp chai nước có ga vậy. Vì vậy, người thợ lặn làm việc dưới biển sâu cần phải chọn lựa phương án đúng đắn, và dựa vào các nhân tố như thể lực của bản thân và nhiệt độ nước, v.v. mà điều chỉnh thời gian giảm áp, nổi người lên theo một tốc độ nhất định, để bọt khí trong cơ thể có thể chui ra ngoài một cách thuận lợi, thì sẽ không mắc bệnh giảm áp. Hiện nay, người ta áp dụng biện pháp hít chất khí hỗn hợp và tăng áp đối với chất khí theo độ sâu lặn, nên người thợ lặn đã có thể hoạt động dưới biển trong vòng độ sâu tới 300 m. Từ khoá: Áp suất; Lặn; Không khí nén; Bệnh giảm áp; Khí nitơ. 13. Vì sao con mắt của kĩ sư có thể "nhìn thấy" ứng suất bên trong vật liệu? Các nhà thơ vẫn gọi con mắt là cửa sổ của tâm hồn. Còn đối với những người làm khoa học kĩ thuật, nó là lợi khí để dòm ngó bí mật của thiên nhiên. Chẳng phải thế sao? Từ con đập chắn nước có thể cắt đứt đỉnh lũ đang gầm rú lao xuống tới bệ phóng tên lửa đồ sộ có thể phát ra sức chấn động ngang với sấm sét... đều được người kĩ sư dùng con mắt nghề nghiệp đặc biệt của mình, nhìn ra ứng suất bên trong công trình để phân phối lượng vật liệu thích hợp khi chế tạo. Vậy thì, ứng suất bên trong vật thể là gì? Căn cứ vào định luật thứ ba của Newton và nguyên lí cân bằng lực, giá trị của nội lực của vật kết cấu đương nhiên bằng với ngoại lực đặt lên vật đó. Trên cùng một cấu kiện, nếu chia tổng của các nội lực cho mặt cắt của cấu kiện, nội lực trên một đơn vị diện tích là ứng suất bên trong của vật liệu. Ứng suất là thứ nhìn không thấy, sờ không được. Vậy vì sao con mắt của kĩ sư có thể "nhìn thấy" ứng suất bên trong vật liệu mà thiết kế kích thước mặt cắt của cấu kiện công trình một cách hợp lí nhỉ? Hoá ra là, biến dạng là hình ảnh của lực. Ví dụ như khi bạn dùng hai tay kéo sợi dây cao su, sợi dây bị kéo dài ra cho thấy lực mà bạn dùng. Sợi dây mà bạn kéo càng dài, chứng tỏ lực mà bạn dùng càng lớn. ứng suất cũng có hình ảnh riêng của nó - đó là biến dạng. Biến dạng là độ biến đổi hình dạng của vật thể sinh ra bởi tác động của ứng suất kéo (hoặc ứng suất nén) hoặc ứng suất cắt. Độ lớn của biến dạng là tỉ số giữa lượng biến dạng và kích thước ban đầu của cấu kiện. Người kĩ sư thông qua biến dạng có thể nhìn thấy và nắm bắt được ứng suất mà người bình thường không thể nhìn thấy. Quan hệ tỉ lệ của ứng suất và biến dạng do Hooke, một nhà vật lí học, người Anh, phát hiện ra ở thế kỉ XVII, và nêu ra thành định luật nổi tiếng mà sau này người ta gọi là định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi của vật thể, độ lớn biến dạng của vật thể tỉ lệ thuận với ngoại lực. Ví dụ, một thanh cao su dày cỡ chiếc bút máy, dài 30 cm, đầu dưới treo một vật nặng 10 kg, nó căng dài ra khoảng 5 cm; nếu vật treo vào nặng 20 kg thì sẽ căng dài ra 10 cm. Biết được mối quan hệ tế nhị giữa ứng suất và biến dạng thì ứng suất giấu mình bên trong vật thể, mặc dù "xuất quỷ nhập thần" cũng không qua được "con mắt tinh tường" của người kĩ sư. Từ khoá: Ứng suất; Biến dạng; Định luật Hooke. 14. Vì sao diễn viên xiếc có thể dùng đầu đỡ lấy cái vò từ trên cao rơi xuống? Mọi người đều biết rằng, một hòn đá nhỏ từ trên cao rơi xuống có thể đập rách đầu. Thế thì vì sao một diễn viên xiếc có thể lấy đầu đỡ được chiếc vò từ trên cao rơi xuống mà không bị hề hấn gì cả nhỉ? Thì ra, khi chúng ta tiếp lấy một vật thể từ trên cao rơi xuống, chẳng những ta phải chịu tác động trọng lực của bản thân vật thể, mà còn chịu tác động của một xung lực. Độ lớn của xung lực này không phải cố định không đổi. Nó có quan hệ với trọng lượng của vật thể và tốc độ văng tới, và còn quan hệ cả với độ nhanh chậm khi chúng ta làm cho nó dừng lại. Vật thể nặng, tốc độ lớn và dừng nhanh đều làm cho xung lực tăng lên. Nếu chúng ta có cách gì làm cho nó dừng lại chầm chậm thì có thể giảm nhỏ loại xung lực đó. Bạn hãy thử làm xem. Tung một xâu chìa khoá lên cao 3 - 5 mét, đợi khi nó rơi xuống thì xoè lòng bàn tay ra giữ yên, mặc cho xâu chìa khoá rơi vào. Lòng bàn tay sẽ cảm thấy rất đau. Nếu chúng ta chăm chú nhìn kĩ xâu chìa khoá đang rơi xuống, khi nó sắp rơi đến bàn tay, mà tay cũng thuận đà hạ xuống một đoạn ngắn, làm cho nó từ từ dừng lại trong bàn tay, lòng bàn tay sẽ không cảm thấy đau mấy. Có thể thấy rằng, dùng cách thứ hai để hứng xâu chìa khoá thì xung lực của nó đối với bàn tay sẽ là không đáng kể. Chúng ta gọi loại tác dụng đó là tác dụng hoà hoãn. Bây giờ chúng ta trở lại xem trường hợp diễn viên xiếc biểu diễn tiết mục đỡ vò như thế nào. Chiếc vò dùng để biểu diễn tiết mục này thường là không nặng hơn 10 kg. Nếu đội nó trên đầu giữ yên thì cũng chẳng phải điều gì mới mẻ, hầu như ai ai cũng làm được. Nếu tung chiếc vò lên cao, đợi khi nó rơi xuống thì đưa đầu ra hứng lấy thì người bình thường khó mà chịu đựng được. Nếu bạn chịu khó quan sát kĩ sẽ nhận thấy, khi diễn viên xiếc đưa đầu ra hứng lấy chiếc vò, anh ta không hề đứng yên không động đậy, mà bao giờ cũng dang hai chân ra đứng vững ở tư thế xuống tấn trước đã. Khi chiếc vò rơi xuống vừa chạm vào đỉnh đầu, anh ta lập tức thụp xuống theo đà rơi của chiếc vò. Điều đó giống như cách thức bạn hạ tay xuống để hứng xâu chìa khoá, xung lực tác động lên đầu bạn không còn lớn lắm. Nếu vò rơi xuống từ độ cao 1 m, và thời gian làm cho chuyển động dừng lại kéo dài khoảng 2 giây, xung lực lên trên đầu không hơn 200 N Người đã qua luyện tập lâu ngày hoàn toàn có thể chịu đựng được một lực cỡ đó. Song, một người bình thường chưa qua huấn luyện, chỉ hiểu được nguyên lí thôi thì nhất thiết không được liều lĩnh làm thử. Rất nguy hiểm đấy! Từ khoá: Xung lực; Tác dụng hoà hoãn. 15. Trong tàu hoả đang chạy với tốc độ cao, vì sao khi nhảy lên vẫn rơi lại chỗ cũ? Đứng trên sàn nhà nhảy lên một cái, sau khi rơi xuống ta vẫn sẽ ở chỗ cũ. Thế thì khi ta đứng trong tàu hoả đang chạy với tốc độ cao, sau khi nhảy lên, có phải ta cũng vẫn rơi xuống chỗ cũ như vậy chăng? Có thể có người nghĩ như thế này: Tàu hoả đang chạy với tốc độ cao, trong quãng thời gian sau khi con người nhảy lên, tàu hoả đã chạy được một đoạn, con người phải rơi xuống ở chỗ lùi lại một ít. Tàu hoả chạy càng nhanh, khoảng cách so với chỗ cũ sau khi rơi xuống càng xa. Song sự thực cho chúng ta biết: Khi tàu hoả đang chạy với tốc độ cao, sau khi nhảy lên vẫn rơi đúng vào chỗ cũ. Vì sao lại như thế nhỉ? Nguyên nhân là bất cứ vật thể nào cũng đều có quán tính. Chuyển động của vật thể phải tuân theo định luật quán tính. Nội dung của định luật quán tính (tức là định luật thứ nhất của Newton): Trong điều kiện không chịu tác động của ngoại lực, trạng thái chuyển động của vật thể sẽ không thay đổi. Khi tàu hoả đang chạy với tốc độ cao, cho dù con người đứng yên, nhưng trên thực tế người ấy đã lao về phía trước cùng với tàu hoả, với cùng một tốc độ như của tàu hoả. Khi người ấy nhảy lên, vẫn lao về phía trước cùng tàu hoả với cùng một tốc độ. Vì vậy, khi người ấy rơi xuống vẫn là chỗ cũ. Đã từng có người nghĩ ra một ý "tuyệt diệu". Anh ta nói: chỉ cần tôi ngồi lên khí cầu bay lên cao, do sự tự quay của Trái Đất, tôi có thể trông thấy mặt đất ở phía dưới dịch chuyển nhanh chóng. Nếu bay lên từ Thượng Hải, dừng ở trên không khoảng một giờ rưỡi rồi lại hạ xuống, chẳng phải là đã đến thành La Sa của Khu tự trị Tây Tạng hay sao? Rõ ràng đó là chuyện không thể xảy ra. Vì rằng mọi vật xung quanh Trái Đất như con người, khí cầu, không khí... đều quay cùng Trái Đất mà! Không nơi nào là không có quán tính. Khi một chiếc ô tô đang chạy rất nhanh, bỗng nhiên phanh gấp lại, người trong xe đều bị xô về phía trước, khi xe bỗng nhiên khởi động, người trong xe lại ngả về phía sau. Đó đều là do quán tính. Từ khoá: Quán tính; Định luật quán tính; Định luật thứ nhất của Newton. 16. Vì sao đi xe đạp trên đất sét nhão rất tốn sức? Khi đạp xe đạp trên đất sét mềm nhũn, hai chiếc lốp xe như bị xì hơi vậy, đạp rất tốn sức. Đó là nguyên cớ gì nhỉ? Thử nghĩ xem, khi bạn đi bộ trên đất phủ tuyết hoặc trên vùng bùn lầy, chẳng phải là cũng cảm thấy rất khó nhấc bước sao? Đó là vì khi chân dẫm lên tuyết hoặc bùn lầy, sức nặng cơ thể người liền đè lên trên một diện tích cỡ bàn chân. Khi ấy, chân sinh ra một áp suất tương đối lớn đối với mặt đất. Vì hệ số đàn hồi và giới hạn đàn tính của tuyết hoặc bùn lầy đều vô cùng nhỏ. Có nghĩa là, dưới tác động của áp suất không lớn lắm cũng xảy ra sự biến dạng khá lớn, và không thể tự khôi phục lại hình dạng ban đầu. Cho nên chân liền bị lún vào tuyết hoặc đất sét mềm nhũn. Như vậy, khi bạn muốn nhấc chân lên, thì không thể không đưa chân lên cao hơn lúc đi đường bình thường. Vì vậy mà bạn cảm thấy khá tốn sức. Khi xe đạp trên đất sét nhão cũng như vậy. Do áp suất của bánh xe đối với đất, làm cho đất sét bị ép thành một đường rãnh sâu. Vì vậy, khi xe muốn đi tới, trước hết phải nâng bánh xe đạp lên khỏi rãnh đã. Vả lại, đất sét càng mềm, bánh xe lún càng sâu, sự ngăn trở của rãnh sâu đối với việc đi tới của xe càng lớn. Lực đẩy cần thiết để cho xe đi tới cũng càng lớn. Tất cả những nhân tố đó đều yêu cầu người phải đặt lên pêđan của xe một lực lớn hơn. Vì vậy, đi xe đạp trên đất sét nhão rất tốn sức. Từ khoá: Xe đạp; Áp suất. 17. Vì sao thi kéo co không phải chỉ so về sức lực? Thi kéo co là thi cái gì? Rất nhiều người sẽ nói: tất nhiên là thi xem sức lực của đội nào lớn hơn đấy thôi! Trên thực tế, vấn đề không đơn giản như vậy. Xét từ nguyên lí cơ học, hai đội tham gia kéo co, lực kéo giữa họ với nhau không hơn kém bao nhiêu. A đặt lên B một lực kéo lớn bao nhiêu thì B cũng đồng thời sinh ra đối với A một lực kéo lớn bấy nhiêu. Ngược lại, tình hình B đối với A cũng như vậy. Đó là điều mà định luật thứ ba của Newton đã xác định. Tức là khi vật thể A tác động một lực lên vật thể B, vật thể B cũng đồng thời tác động một phản lực lên vật thể A. Lực và phản lực bằng nhau về độ lớn, tác động ngược chiều nhau, và cùng ở trên một đường thẳng. Có thể thấy là lực kéo giữa hai bên không phải là nhân tố quyết định thắng thua. Vậy cái gì mới là nhân tố thực sự quyết định sự được thua của cuộc thi kéo co? Một là, tay nhất định phải giữ chặt sợi dây thừng, dựa vào lực ma sát giữa tay và dây thừng để ngăn không cho dây tuột ra khỏi tay. Hai là phải làm cho mặt đất có lực ma sát đủ lớn đối với bàn chân của những người kéo co để chống lại lực kéo của đối phương. Có thể nói, chỉ cần tay nắm chặt dây thừng, lực thực sự khi kéo co đến từ chân của người, tức là lực ma sát giữa bàn chân và mặt đất. Làm thế nào để có thể tăng lực ma sát đó lên? Trước hết, đi loại giày dưới đế có hoa văn lồi lõm, có thể gia tăng hệ số ma sát, làm cho lực ma sát tăng lên. Thêm nữa, trọng lượng cơ thể của những người kéo càng nặng, áp lực đối với mặt đất càng lớn, lực ma sát cũng sẽ tăng lên. Người lớn và trẻ con kéo co, người lớn thắng dễ dàng, mấu chốt là ở chỗ người lớn có trọng lượng cơ thể lớn hơn của trẻ con. Cố nhiên, trong cuộc thi kéo co thực tế, việc thắng thua phụ thuộc rất lớn vào mức độ kĩ xảo của người tham gia. Ví dụ như, chân cố sức giẫm xuống đất, trong thời gian ngắn có thể sinh ra áp lực đối với mặt đất vượt quá trọng lượng cơ thể của mình. Hoặc ngửa người ra phía sau, dựa vào lực kéo của đối phương để tăng áp lực đối với mặt đất, v.v. Mục đích đều là tìm mọi cách làm tăng lực ma sát của mặt đất đối với bàn chân để giành lấy thắng lợi của cuộc thi. Từ khoá: Kéo co; Lực; Phản lực; Lực ma sát; Định luật thứ ba của Newton. 18. Vì sao đi giày trượt băng có thể trượt thoải mái trên băng ? Trượt băng là một môn thể thao được nhiều người yêu thích. Khi thấy vận động viên đi giày có gắn dao trượt ở đế, trượt như bay trên mặt băng, có lẽ bạn sẽ hỏi: mặt thuỷ tinh và mặt băng trơn bóng như nhau, vì sao đi giày trượt băng lại có thể trượt thoải mái trên mặt băng, còn trên mặt thuỷ tinh thì lại không được? Điều đặc biệt là ở chỗ luôn luôn có một lớp nước ở giữa mặt băng và dao trượt, có tác dụng như dầu bôi trơn, làm giảm nhỏ lực ma sát khi trượt. Vậy vì sao lại có một lớp nước mỏng ở dưới dao trượt nhỉ? Nguyên nhân quan trọng là do tác dụng của áp suất. Vì điểm nóng chảy của băng hạ thấp theo sự tăng lên của áp suất. Con người đi giày trượt băng đứng trên mặt băng, do diện tích tiếp xúc giữa dao trượt và mặt băng rất nhỏ, cho nên sinh ra một áp suất rất lớn đối với mặt băng hạ thấp điểm nóng chảy của băng, điều đó làm cho băng ở dưới dao trượt hoá lỏng thành một lớp nước mỏng. Nhưng đó chưa phải là toàn bộ nguyên nhân. Nếu trọng lượng cơ thể của một người bằng 600 N, diện tích tiếp xúc giữa dao trượt và mặt băng chỉ là 1/1000 m2, áp suất của dao trượt đối với mặt băng khoảng 6×105 N/m2. Dưới một áp suất như vậy, điểm nóng chảy của băng sẽ giảm bớt khoảng 10°C. Mùa đông ở những xứ lạnh, nhiệt độ không khí thường là dưới âm 30°C. Ở nhiệt độ thấp như vậy, nếu chỉ dựa vào sự tăng lên của áp suất thì không làm sao hoá băng thành nước được. Vậy nguyên nhân nào làm cho băng hoá lỏng? Khi dao trượt trượt trên mặt băng, do ma sát với mặt băng mà sinh ra nhiệt, làm cho nhiệt độ nơi tiếp xúc giữa dao trượt và mặt băng tăng lên sẽ dẫn tới việc một số băng hoá lỏng thành một lớp nước mỏng. Có được lớp nước làm chất bôi trơn, vận động viên đi giày trượt băng vào, có thể thoải mái trượt trên mặt băng. Từ khoá: Trượt băng; Giày trượt băng; Hoá lỏng; Điểm nóng chảy; Ma sát; Áp suất. 19. Vì sao ở một số địa phương, người ta thích đội vật nặng lên đầu? Chúng ta thấy trong điện ảnh và trên truyền hình có cảnh những người ở một số địa phương hay thích đội vật nặng như vò nước, cái sọt... lên đầu, chứ không thích tay xách, vai mang. Làm như vậy có nguy hiểm lắm không? Chẳng nhẽ trong đó có quy luật khoa học gì sao? Nếu chúng ta phân tích kĩ một tí thì sẽ nhận thấy, đội vật nặng lên đầu khi bước đi quả thực đỡ mất sức hơn là xách tay hoặc vác trên vai, và có phần khoa học hơn. Khi đi bộ con người phải tiêu tốn năng lượng. Năng lượng bị tiêu tốn càng nhiều, con người cảm thấy càng vất vả; năng lượng tiêu tốn càng ít, con người cảm thấy càng dễ chịu. Khi đi trên đường, năng lượng tiêu tốn chủ yếu dùng ở hai mặt: một là khắc phục ma sát giữa các bộ phận hoạt động của cơ thể; hai là dùng vào việc sinh ra công để khắc phục trọng lực. Đi trên đường bằng phẳng mà cũng phải sinh ra công khắc phục trọng lực sao? Đúng thế, vì trọng tâm của cơ thể theo bước đi của người mà di động lên xuống. Khi dùng tay nhấc vật nặng, trọng tâm của vật nặng cũng theo đó mà di động lên xuống, và độ cao di động hầu như giống với độ cao di động lên xuống của trọng tâm cơ thể người. Khi trọng tâm nâng lên phải khắc phục trọng lực sinh ra công; còn khi trọng tâm hạ xuống, phần năng lượng đó lại bị chuyển hoá thành năng lượng âm thanh và nhiệt năng sinh ra khi chân chạm lên mặt đất. Vì vậy, người xách vật nặng khi bước đi thì phải tiêu hao một phần năng lượng để khắc phục trọng lực của người và vật nặng mà sinh ra công. Nếu đặt vật nặng lên trên đầu, do cột sống của con người có tính đàn hồi, vật nặng như đè lên cái lò xo, khi người bước đi, sự nhấp nhô của vật nặng tương đối nhỏ, công sinh ra để khắc phục trọng lực của vật nặng nhỏ đi, năng lượng tiêu hao của người cũng giảm nhỏ tương ứng. Vì vậy, người sẽ cảm thấy nhẹ nhàng hơn. Người ta đã làm một thực nghiệm thú vị, lần lượt đo thử lượng tiêu hao oxi của việc đi đường có xách vật nặng trên tay. Kết quả là: khi xách vật nặng trên tay, lượng tiêu hao oxi lớn hơn nhiều so với khi đội vật nặng. Lượng tiêu hao oxi càng nhiều, chứng tỏ năng lượng tiêu hao của cơ thể người cũng càng nhiều. Do đó đội vật nặng lên đầu là có căn cứ khoa học. Nếu trải qua một thời gian luyện tập, bạn cũng có thể đội được vật nặng lên đầu một cách vững vàng, lúc bước đi bạn sẽ cảm thấy nhẹ nhàng thoải mái. Từ khoá: Trọng tâm; Sinh ra công; Lượng tiêu hao oxi. 20. Vì sao găng tay, tất chân bị ẩm rất khó tháo ra? Mỗi người đều biết rằng: găng tay và tất chân bị ẩm rất khó tháo ra. Vì nguyên do gì vậy? Khi găng tay và tất chân khô ráo, bản thân đồ dệt khá nhẹ lỏng, đồng thời sức bám của chúng đối với tay và chân cũng rất nhỏ, cho nên chúng ta có thể tháo chúng ra rất dễ dàng. Nhưng khi găng tay và tất chân bị ẩm, do lực căng bề mặt của nước làm cho đồ dệt căng, bó lại; đồng thời nước đối với găng, tất và tay, chân đều có lực bám nhất định như kiểu nhựa cao su "dính kết" chúng lại, cho nên khó tháo ra. Khi mới rửa chân xong, khó đi tất vào cũng vì lí do đó. Vì chân mới rửa xong, trên da hãy còn sót lại nhiều hạt nước li ti khó nhìn thấy. Chúng sẽ "túm" lấy bít tất không để cho nó tròng vào. Từ khoá: Hạt nước; Bong bóng xà phòng; Lực căng bề mặt; Màng nước. 21. Vì sao những hạt nước trên lá sen đều là những giọt nước nhỏ tròn vo? Bạn đã từng chú ý đến sự việc này chưa? Mùa hè các hạt nước rơi xuống lá sen, chúng sẽ biến thành từng giọt, từng giọt nước nhỏ long lanh trong suốt. Chúng lăn qua lăn lại trên lá sen như những viên ngọc trai lăn trong khay vậy. Hạt nước trên lá sen vì sao có thể biến thành những giọt nước nhỏ tròn vo? Hoá ra là các phân tử bề mặt hạt nước chịu sức hút của các phân tử nội bộ, sinh ra xu thế chuyển động hướng vào bên trong. Vậy là bề mặt của hạt nước sẽ cố hết sức co nhỏ lại. Co nhỏ đến mức nào nhỉ? Chúng ta biết rằng, thể tích của hạt nước không biến đổi, chỉ có khi trở thành hình cầu thì bề mặt của nó mới nhỏ nhất. Cho nên hạt nước nhỏ liền biến thành giọt nước nhỏ hình cầu. Chúng ta hãy xem xét trường hợp khi trẻ em thổi bong bóng xà phòng. Bên trong bong bóng có không khí. Hai mặt chất lỏng trong và ngoài bong bóng xà phòng cũng phải liên tục co lại, cho đến khi không khí bên trong không thể bị dồn nén nhỏ lại nữa mới thôi. Khi ấy, bong bóng xà phòng liền biến thành một quả cầu nhỏ tròn vo quay lộn. Các phân tử bề mặt chất lỏng, vì bị sức hút của các phân tử bên trong làm cho nó có xu thế co nhỏ lại. Xu thế đó sẽ làm cho bộ phận gần kề bề mặt chất lỏng này sinh ra kéo lẫn nhau. Trong vật lí, lực kéo lẫn nhau này được gọi là lực căng bề mặt. Chúng ta có thể thông qua một thí nghiệm đơn giản để quan sát loại lực căng bề mặt này. Lấy một cái khung bằng dây thép có buộc ngang một sợi chỉ bông không căng lắm. Nhúng nó vào trong nước xà phòng rồi nhấc lên. Trên khung dây thép sẽ có một màng xà phòng mỏng căng rất chặt. Thử dùng kim đâm thủng màng mỏng ở một phía của sợi chỉ bông, màng mỏng của phía còn lại liền co nhỏ lại ngay. Vì bị mất đi lực căng bề mặt của màng mỏng một phía sinh ra, và dưới tác động sức căng bề mặt màng mỏng phía còn lại, sợi chỉ bông liền có dạng hình cung hơi cong. Bất kì bề mặt chất lỏng nào cũng đều có lực căng bề mặt. Dưới tác động của lực đó, bề mặt chất lỏng có vẻ như được phủ lên một lớp màng bó chặt. Mùa hè, trên mặt nước thường có nhiều côn trùng nhỏ ung dung chạy đi chạy lại, chính là nhờ vào lớp màng nước bó chặt trên mặt nước đó. Từ khóa : Hạt nước; Bong bóng xà phòng; Lực căng bề mặt; Màng nước. 22. Vì sao màu sắc của hai mặt vợt bóng bàn lại khác nhau? Chơi bóng bàn, ngoài kĩ thuật cầm vợt của vận động viên có tính quyết định ra thì tác dụng của cái vợt cũng rất quan trọng. Đối với một vận động viên bóng bàn, cái vợt cũng tựa như vũ khí trong tay người chiến sĩ. Theo đà phát triển không ngừng của phong trào bóng bàn thế giới, các lối đánh và kĩ thuật cũng đang được sáng tạo không ngừng, các chủng loại vợt bóng bàn cũng ngày một nhiều lên. Thuở ban đầu, đánh bóng bàn đều dùng vợt gỗ. Vợt làm bằng gỗ thiếu lực đàn hồi và lực ma sát, tốc độ đánh bóng rất chậm, chỉ là đẩy qua đẩy lại, khi ngẫu nhiên thấy có bóng lên cao thì mới vụt mạnh một cái. Về sau xuất hiện vợt cao su. Trên mặt cao su phân bổ đầy những hạt nhỏ mềm mềm. Khi vợt tiếp xúc với bóng, không phải chỉ có một điểm tiếp xúc như của vợt gỗ, mà là một mặt cong. Điều đó mở rộng diện tích tiếp xúc giữa vợt và bóng, gia tăng lực ma sát đối với bóng. Khi vụt bóng, có thể làm cho bóng bị xoáy, bay theo đường cánh cung, nâng cao kĩ thuật đánh bóng lên. Năm 1952, sự xuất hiện của vợt xốp đã làm cho kĩ thuật đánh bóng phát triển thêm một bước. Vì bọt xốp rất mềm mại, bên trong chứa đầy lỗ khí nhỏ xíu nên có tính đàn hồi mạnh. Khi vụt bóng, quả bóng tiếp xúc với bọt xốp, dưới tác động của lực đàn hồi, tốc độ ra bóng nhanh hơn, lực tăng lên. Song, vợt đơn thuần dùng bọt xốp, do lực ma sát không đủ, khó khống chế tính chuẩn xác của bóng và khó sinh ra xoáy bóng. Thế là có người nghĩ ra một cách làm hay: dán một màng cao su có hạt rải đều không dày quá 2 mm lên trên lớp bọt xốp, lại vừa có tính bám dính điều khiển bóng của cao su. Việc dán cao su lên mặt xốp cũng đáng được chú ý. Có cái dán thuận (hạt cao su ở ngoài), có cái dán ngược (hạt cao su ở trong). Điều đó liên quan tới đặc tính vật lí của hai loại vợt khác nhau, cùng với yêu cầu khác nhau của vận động viên về vợt. Ví dụ như, vận động viên chơi kiểu tấn công nhanh thì nói chung đều chọn loại vợt cao su dán thuận, kết hợp với bọt xốp. Vì lực phản đàn hồi của cao su dán thuận mạnh hơn của cao su dán ngược, hạt của nó nằm ở ngoài, mặt tiếp xúc của cao su với bóng nhỏ, thời gian dừng lại ngắn, tốc độ ra bóng nhanh, có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ tấn công và sức mạnh của vận động viên kiểu tấn công nhanh. Còn vợt cao su dán ngược kết hợp với bọt xốp thì càng thích hợp cho việc đánh bóng theo hình vòng cung và cắt bóng của vận động viên. Bóng đường vòng cung xoáy lên trên, cắt bóng xoáy xuống dưới. Hai lối đánh này đều nhấn mạnh vào việc phát huy bóng xoáy. Cao su dán ngược thì các hạt ở bên trong, bề mặt của nó rất có tính bám dính. Khi đánh bóng, diện tích tiếp xúc giữa vợt và bóng lớn, lực ma sát sinh ra đối với bóng cũng khá lớn, càng có lợi cho đặc điểm phát huy bóng xoáy. Đồng thời, vì giữa mặt cao su của nó và lớp bọt xốp có thêm một lớp hạt bằng cao su, giữa các hạt này có rất nhiều khe trống, khi vợt tiếp xúc với bóng, mặt vợt lõm vào trong càng nhiều, diện tích tiếp xúc giữa vợt và bóng càng lớn, lực ma sát cũng theo đó tăng lên, vận động viên có thể lợi dụng lực ma sát, làm cho bóng xoáy thêm phần lợi hại. Trên chiếc vợt bóng bàn nho nhỏ mà có biết bao điều cần học hỏi. Nhưng màu sắc của hai mặt vợt vì sao lại khác nhau? Đó là do có vận động viên sử dụng loại vợt một phía dán thuận, một phía dán ngược, khi thi đấu luôn thay đổi phía thuận nghịch, làm cho đối phương khó phát hiện ra đường bóng của mình. Để cho thi đấu bóng bàn càng có tính thưởng thức hơn, Hội liên hiệp Bóng bàn Quốc tế, trong quy tắc mới, có nêu ra một loạt các quy định có tính chất hạn chế về độ dày của bọt xốp và hạt cao su trên mặt vợt, về độ dài của cao su v.v., trong đó có một quy định là cao su dán thuận và dán ngược ở hai mặt vợt phải dùng màu sắc khác nhau. Từ khóa : Vợt bóng bàn; Lực ma sát; Tính đàn hồi. 23. Khi ném đĩa sắt, vì sao vận động viên phải xoay người? Trong cuộc thi điền kinh, các vận động viên ném lựu đạn và ném lao phần nhiều đều áp dụng phương pháp chạy lấy đà, trong đà đang chạy nhanh thì sẽ ném cái vật cần ném ra. Điều đó nhằm làm cho vật ném trước khi rời khỏi tay, đã có được tốc độ chuyển động khá cao rồi, lại cộng thêm động tác ném ra đầy sức mạnh của vận động viên, vật ném có thể bay đi càng xa. Song khi ném đĩa sắt, vận động viên bị quy định ở bên trong cái vòng ném với đường kính chỉ có 2,5 m. Vận động viên hoàn toàn không được chạy. Nếu đứng yên ở vị trí đó mà ném đĩa sắt ở trạng thái tĩnh tại ra thì ném không được xa. Muốn cho đĩa sắt trước khi rời khỏi tay đã có tốc độ chuyển động nhất định, vận động viên phải áp dụng động tác ném xoay người tại chỗ, để đẩy nhanh tốc độ rời khỏi tay của đĩa sắt, nâng cao thành tích ném. Đồng thời, khi đĩa sắt rời khỏi tay đã có một tốc độ quay nhất định. Do quán tính của chuyển động, khi bay trên không, đĩa sắt sẽ duy trì chuyển động quay, giảm bớt lực cản của không khí. Môn đẩy tạ cũng giống với môn ném đĩa sắt, cũng bị quy định chỉ thực hiện ở trong cái vòng đẩy. Quả tạ tương đối nặng: tạ dùng cho nam giới nặng khoảng 7,26 kg, cho nữ giới cũng tới 4 kg. Làm thế nào để quả tạ trước khi rời khỏi tay đã có được tốc độ chuyển động nhỉ? Phần nhiều các vận động viên đẩy tạ đều xoay người trước đã, lưng ở về phía ném đi, sau đó gạt ngang chân, nhào tới đằng trước và đồng thời dùng sức đẩy ra. Thông qua một loạt động tác đó, quả tạ trước khi bị đẩy ra đã có được tốc độ chuyển động nhất định. Từ khóa : Đĩa sắt; Tạ đẩy, Quán tính của chuyển động. 24. Vì sao trong nòng súng, nòng pháo có đường xoắn ốc vòng vòng? Khi súng ống vừa mới được phát minh, mặt trong của nòng súng và nòng pháo đều trơn tru nhẵn bóng, không có đường xoắn ốc (khương tuyến). Lúc bấy giờ, đạn súng và đạn pháo sau khi ra khỏi nòng đều bay tán loạn về phía trước, xác suất bắn trúng đích rất thấp. Có lúc, đạn súng và đạn pháo vừa mới bay ra chưa xa liền lộn ngược đầu lại rồi rơi xuống. Đó là do nguyên nhân gì vậy? Thì ra, trong quá trình viên đạn bay đi, do chịu lực cản của không khí, đạn súng và đạn pháo bao giờ cũng nghiêng bên này, ngả bên kia, rất khó bắn trúng mục tiêu. Làm không khéo, đạn có thể quay đầu lại ở trên không. Về sau, con người nhận được gợi ý từ trò chơi con quay của trẻ con. Bất kì vật thể nào nếu quay xung quanh mình, do quán tính của chuyển động, sẽ duy trì hướng của trục chuyển động không đổi. Nếu viên đạn bắn ra được quay giống như con quay, sẽ không nghiêng bên này, ngả bên kia. Thế là có người nêu ý kiến, vạch đường xoắn ốc vòng vòng lên mặt trong của nòng súng và nòng pháo. Đạn súng và đạn pháo sau khi theo đường khương tuyến bắn ra sẽ chuyển động quay quanh đường trục của bản thân rất nhanh như kiểu con quay, trên không trung chúng sẽ không nghiêng ngả mà nhằm thẳng vào mục tiêu lao tới. Con quay quay càng nhanh thì càng khó đổ nhào. Trong khi bay, đạn súng và đạn pháo quay càng nhanh thì phương hướng cũng càng ổn định. Vì vậy, trong nòng súng trường hiện đại, phần nhiều đều khắc bốn đường xoắn ốc. Viên đạn khi ra khỏi nòng, mỗi giây có thể quay tới 3600 vòng cơ đấy! Từ khóa : Nòng súng; Nòng pháo;Quán tính của chuyển động. 25. Vì sao vận động viên bóng chuyền phải nhào lăn để cứu bóng? Trong khi đấu bóng chuyền, để đón lấy một đường bóng nguy hiểm, vận động viên thường lăn nhào xuống đất để cứu bóng. Khi luyện tập hàng ngày, vận động viên cũng phải hết lượt này đến lượt khác tập cách ngã lăn nhào. Vậy là, ngã lăn nhào cũng cần phải học hỏi. Con người trong khoảnh khắc ngã xuống đất, tốc độ rất nhanh, chịu sự va đập rất mạnh khi chạm đất. Nếu dùng ngón tay, bàn tay hoặc cánh tay, v.v. gắng gượng chống đỡ, do các bộ vị (bộ phận) đó là những chỗ yếu ớt nhất trên cơ thể người, diện tích chịu lực lại bé mà lực đập vào mạnh, nên khó tránh bị các tổn thương như sai khớp, gãy xương, v.v. Để tránh bị thương, bộ vị chạm đất có tính chất quan trọng đặc biệt. Nếu khi ngã xuống đất mà chủ động co người thành một cục, để cho vai hay lưng (những bộ phận tương đối vững chắc trên cơ thể) chạm đất, rồi thuận đà lăn nhào một cái thì diện tích chịu lực sẽ lớn lên, giảm nhỏ áp suất, nhờ đó thân thể khó bị tổn thương. Làm thêm động tác nhào lăn có thể giúp cho người lập tức đứng dậy được khá dễ dàng, phục hồi lại tư thế thăng bằng vốn có. Thật là "nhất cử lưỡng tiện". Hiểu được kiến thức ngã lăn nhào rồi, khi chúng ta bị trượt chân, hoặc khi ngã xuống đất, nhất thiết không nên chống tay một cách miễn cưỡng, mà làm một động tác lăn nhào thì có thể giảm nhẹ tổn thương đến mức thấp nhất có thể được. Từ khóa : Lăn nhào; Diện tích chịu lực. 26. Vì sao trong "đường bóng quả chuối", bóng có thể bay theo đường vòng cung? Nếu bạn là người hay xem bóng đá, chắc chắn bạn đã từng thấy cảnh đá phạt trực tiếp trước cầu môn. Lúc ấy, thông thường là năm, sáu cầu thủ của phía phòng thủ lập thành một bức "tường người" chắn trước cầu môn, ngăn đường bóng bay tới. Cầu thủ đá phạt của phía tấn công nhấc chân đá mạnh một cái, bóng vòng qua bức "tường người", tưởng như bay lệch khỏi cầu môn, nhưng lại theo đường vòng cung, quành một cái, bay thẳng vào gôn, làm cho thủ môn không kịp trở tay. Đó là "đường bóng quả chuối" rất tuyệt diệu. Vì sao quả bóng khi đá có thể bay trên không theo đường vòng cung nhỉ? Thì ra, khi đá phạt "đường bóng quả chuối", bóng cùng lúc bay thẳng trong không khí, còn không ngừng quay quanh mình nó. Lúc ấy, một mặt không khí hứng lấy bóng chuyển động ra phía sau, mặt khác, do lực ma sát giữa không khí và bóng, không khí xung quanh quả bóng cũng bị lôi cuốn cùng xoáy tròn theo. Như vậy, tốc độ chuyển động của không khí ở một phía của bóng tăng nhanh, còn tốc độ chuyển động của không khí ở phía kia chậm lại. Kiến thức vật lí cho ta biết: đối với một chất khí đang chuyển động, tốc độ càng lớn, áp suất càng nhỏ. Do tốc độ chuyển động của không khí ở hai bên quả bóng khác nhau, áp suất mà chúng sinh ra đối với quả bóng cũng khác nhau. Khi đó, dưới tác động của áp suất không khí, quả bóng bị buộc phải bay vòng về phía mặt bên có lưu tốc không khí lớn. Cho nên cầu thủ bóng đá có kĩ thuật cao siêu, khi đá phạt đều không giơ chân đá thẳng vào giữa quả bóng mà đá hơi hơi lệch sang một bên. Nếu dùng chân đá lệch sang trái của tâm quả bóng, bóng sẽ bay quành sang bên phải, đá lệch sang phải của tâm quả bóng, bóng sẽ bay quành sang bên trái. Đó chính là chỗ bí ẩn của "đường bóng quả chuối". Từ khóa : Đường bóng quả chuối; Lưu tốc; Áp suất; Áp lực; Xoay tròn. 27. Vì sao cái yô yô có thể tự động quay về lòng bàn tay? Cái yô yô là đồ chơi luyện sức khoẻ rất thú vị. Khi chơi yô yô, dùng tay nắm giữ một đầu dây quấn quanh trên trục ngắn của nó, rồi ném nó xuống phía dưới. Cái yô yô sẽ theo đà từng vòng từng vòng của cuộn dây quấn quanh nó nới ra mà quay. Khi toàn bộ dây đã được kéo thẳng, cái yô yô lại sẽ quay lên trên, và làm cho cuộn dây quấn quanh lên trục ngắn theo hướng ngược lại, cho đến khi nó trở về lòng bàn tay. Thả tiếp cái yô yô xuống dưới, nó lại sẽ quay trở về, cứ thế lặp đi lặp lại, thú vị biết bao. Vì sao cái yô yô có thể tự động trở về lòng bàn tay nhỉ? Ở đây có một kiến thức vật lí quan trọng, tức là động năng và thế năng có thể chuyển đổi cho nhau. Khi cái yô yô nằm trong lòng bàn tay, động năng của nó bằng không, thế năng lớn nhất. Khi nó từ trong tay được ném xuống, cái yô yô bắt đầu vừa quay vừa chuyển động xuống dưới, và dưới tác động của trọng lực, càng quay càng nhanh; động năng không ngừng lớn lên, đồng thời theo đà không ngừng xuống thấp của cái yô yô, thế năng không ngừng giảm nhỏ. Khi ấy, thế năng của cái yô yô chuyển thành động năng. Đến khi cái yô yô quay đến điểm thấp nhất, động năng của nó lớn nhất, thế năng nhỏ nhất. Lúc ấy, cái yô yô quay nhanh nhất. Sau khi đạt tới điểm thấp nhất, cái yô yô lại sẽ quay lên trên theo cuộn dây, quấn dây vào trục ngắn theo hướng ngược lại. Theo đà đi lên của cái yô yô, tốc độ quay của nó càng lúc càng chậm. Khi ấy, động năng của cái yô yô lại không ngừng chuyển đổi thành thế năng, cho đến khi quay tới điểm cao nhất, nơi chuyển động quay ngừng lại, động năng của nó bằng không, thế năng thì lại lớn nhất. Căn cứ vào định luật bảo toàn năng lượng cơ học, khi không có ngoại lực hoặc công của ngoại lực sinh ra bằng không, tổng năng lượng cơ học của vật thể không biến đổi. Như vậy thì cái yô yô phải quay về vị trí ban đầu. Nhưng, trong chuyển động quay lên quay xuống, cái yô yô sẽ mất đi một phần năng lượng do lực cản của không khí và lực ma sát giữa dây và trục ngắn. Nếu không bổ sung năng lượng, cái yô yô sẽ không lên tới độ cao ban đầu. Cho nên, khi chơi cái yô yô phải có kĩ xảo nhất định, không ngừng bổ sung cho nó một ít năng lượng. Bổ sung năng lượng như thế nào đây? Khi cái yô yô quay đến điểm thấp nhất, sợi dây sắp bắt đầu cuộn quanh lên trên, tại khoảnh khắc đó dùng tay giật sợi dây lên trên một cái, làm cho tốc độ quay của cái yô yô nhanh thêm một chút, gia tăng một ít năng lượng. Như vậy, cái yô yô có thể lên lên, xuống xuống, quay mãi không ngừng. Từ khóa : Cái yô yô; Động năng; Thế năng; Năng lượng cơ giới; Định luật bảo tồn năng lượng cơ giới. 28. Vì sao khi bị ngã từ trên cao, mèo vẫn bình yên rơi xuống đất? Mèo có một bản lĩnh làm cho người ta hết sức kinh ngạc: khi ngã từ trên cao xuống, chẳng những nó không bị dập chết, mà còn có thể bình yên rơi xuống đất, bốn chân tiếp đất an toàn. Tuyệt kĩ của nó là lộn thân mình trên không. Bạn xem này, khi vừa mới rơi xuống, sống lưng của nó còn hướng xuống, bốn chân chổng lên trời, thế nhưng ngay trong khoảnh khắc rơi đó, nó đã chuyển thành lưng hướng lên trên, chân chĩa xuống đất, cộng thêm cặp móng vuốt có lớp đệm thịt khá dày và eo chân rất co giãn của nó, tất nhiên nó có thể "an toàn tiếp đất" một cách bình yên. Ngay từ cuối thế kỉ XIX đã có một nhà vật lí cảm thấy rất hứng thú đối với tuyệt kĩ lộn thân mình trên không của mèo. Ông dùng máy ảnh tốc độ nhanh chụp lại toàn bộ quá trình rơi xuống của mèo, phát hiện khi rơi, mèo chỉ cần 1/8 giây là lộn được thân mình ngay. Chúng ta biết rằng, nếu không có tác động của momen ngoại lực, vật thể ban đầu không xoay thì sẽ không xoay. Mèo khi bắt đầu rơi không xoay, lại không chịu tác động của momen ngoại lực trong quá trình rơi, lẽ ra nó phải giữ nguyên tư thế đó một mạch cho tới đất. Vậy thì mèo đã hoàn thành động tác lộn thân mình trên không như thế nào? Có người cho rằng trong quá trình rơi xuống, nhờ quật nhanh cái đuôi về một phía mà mèo xoay lộn được thân mình. Do nguyên lí bảo toàn động lượng góc trong cơ học, khi mèo quật đuôi về bên này thì thân mình của mèo sẽ lộn nhào qua hướng bên kia. Nhưng thông qua tính toán, người ta phát hiện, nếu mèo chỉ dựa vào quật đuôi để lộn thân mình trên không, thế thì trong thời lượng 1/8 giây, ít nhất mèo phải quật đuôi vài chục vòng mới đủ. Điều đó há chẳng phải tương tự như cánh quạt của máy bay hay sao? Một số nhà vật lí vừa chụp ảnh lại vừa ghi hình và đưa ra mô hình về mặt lí thuyết, dùng máy tính điện tử tiến hành tính toán. Kết luận rút ra là: trong quá trình rơi, mèo thông qua cột sống của nó lần lượt vặn cong về các phía để thực hiện việc xoay chuyển thân mình. Nhìn vào hình vẽ chúng ta có thể thấy: khi hai tay nắm tứ chi của mèo buông ra, động lượng góc của mèo bằng không. Trong quá trình rơi, mặc dù mèo chịu tác động của trọng lực, song do trọng lực tác động lên khối tâm nên momen ngoại lực bằng không. Vì vậy, ở bất kì thời điểm nào trong quá trình rơi của mèo, động lượng góc đều được duy trì bằng không. Khi từ trên cao rơi xuống, mèo sẽ xoay mình theo bản năng. Khi ấy, đuôi của mèo sẽ giương ra và quật về hướng ngược lại để duy trì tổng động lượng góc của mèo bằng không. Do cột sống của mèo tương đối linh hoạt, khi xoay chuyển thân mình, nó còn có thể cho thân mình và tứ chi co lại, duỗi ra một cách tài tình, điều tiết sự phân bố khối lượng toàn thân, duy trì động lượng góc bằng không, nhằm đạt tới mục đích xoay mình lại. Trong các cuộc thi thể thao và nhảy cầu ván xuống nước, các vận động viên phải hoàn thành các loại động tác cực kì khó: lộn người cộng với quay mình trên không trong vài giây đồng hồ ngắn ngủi sau khi tung lên cao. Tuy những động tác đó phức tạp hơn nhiều so với việc lộn thân mình của mèo, song nguyên lí cũng na ná như thế, giống nhiều khác ít. Các phi công Vũ trụ khi đang du hành, do ở vào trạng thái mất trọng lượng, thân mình lơ lửng trên không, cũng phải học tập kĩ thuật của mèo lộn mình, dùng các cách thức như vậy để hoàn thành một loạt động tác tiến tới, lùi lại, xoay người, v.v. Từ khóa : Mèo xoay mình trên không; Nguyên lí bảo toàn động lượng góc 29. Vì sao tàu thuỷ bao giờ cũng cập bến ngược dòng? Xe đạp có cái phanh, ô tô và tàu hoả cũng có cái phanh, vậy tàu thuỷ có "cái phanh" không? Nếu bạn đi tàu thuỷ thì sẽ phát hiện một hiện tượng rất lí thú: mỗi khi tàu thuỷ muốn cập bến, bao giờ cũng đưa mũi tàu đón lấy dòng nước, từ từ nghiêng về phía bến tàu rồi mới yên ổn cập bến. Đặc biệt là những tàu chạy xuôi dòng, khi chúng đến nơi quy định, không cập bến ngay mà quành một vòng rộng trước đã, làm cho tàu chạy ngược dòng, rồi mới từ từ cập bến. Ở đây có bài toán đơn giản, bạn hãy thử làm xem. Giả dụ tốc độ dòng nước là 3 km/giờ. Khi tàu sắp cập bến, máy tàu đã ngừng rồi, tốc độ của tàu là 4 km/h. Lúc ấy, nếu là xuôi dòng, mỗi giờ tàu chạy được mấy kilômet? Còn nếu ngược dòng thì sao? Bạn buột mồm có thể nói ngay ra đáp án. Đó là, khi xuôi dòng, mỗi giờ tàu chạy được 7 km, còn ngược dòng thì mỗi giờ tàu chạy được 1 km. Muốn cho tàu ngừng lại thì tàu chạy 7 km/h và tàu chạy 1 km/h cái nào dễ dừng hơn. Đương nhiên là tàu có tốc độ càng chậm thì càng dễ dừng. Từ đó ta thấy, để cho tàu cập bến ngược dòng thì có thể lợi dụng sức cản của dòng nước lên thân tàu làm một phần tác dụng của "cái phanh". Tất nhiên trên tàu cũng có lắp đặt thiết bị và động lực "phanh", ví dụ như, khi tàu cập bến hoặc xảy ra tình hình khẩn cấp trên đường vận hành, rất cần dừng lại, thì có thể thả neo. Đồng thời, động cơ chính của tàu còn có thể lợi dụng chạy lùi lại để gây tác dụng "phanh". Từ khóa : Tàu thuỷ; Cái phanh; Tốc độ; Lực cản. 30. Vì sao hai tàu thuỷ lớn chạy song song cùng chiều với tốc độ cao sẽ đâm vào nhau? Vào một ngày mùa thu năm 1912, tàu viễn dương lớn nhất thế giới thuở ấy - tàu "Olympic" đang chạy ngoài biển khơi. Ở một nơi cách tàu "Olympic" 100m có chiếc tàu tuần dương bọc sắt "Mông khơ" nhỏ hơn nó rất nhiều, đang chạy song song với nó. Khi ấy liền xảy ra một sự việc bất ngờ: chiếc tàu nhỏ giống như bị chiếc tàu lớn hút lại, hoàn toàn mất điều khiển, đâm sầm vào chiếc "Olympic", làm cho nó bị thủng một lỗ lớn. Nguyên nhân gì đã gây ra sự cố này? Chúng ta hãy làm một thực nghiệm trước đã. Tay trái và tay phải, mỗi tay cầm một tờ giấy trong vở bài tập sao cho chúng song song với nhau, khoảng cách giữa chúng khoảng 2 cm. Dùng mồm thổi không khí vào chỗ hở ở giữa, bạn sẽ phát hiện, hai tờ giấy sẽ hút nhập vào nhau. Đó là vì tốc độ chuyển động của không khí càng nhanh, áp suất sinh ra lại càng nhỏ. Khi thổi không khí vào giữa hai tờ giấy, tốc độ chuyển động của không khí ở đó trở nên nhanh lên, áp suất nhỏ lại. Khi ấy, tác động của áp suất không khí lên hai mặt bên của tờ giấy lớn hơn áp suất không khí ở giữa. Dưới tác động của áp suất không khí lên hai mặt bên, hai tờ giấy liền hút nhập vào nhau. Nếu dừng việc thổi không khí, hai tờ giấy liền tách nhau ra, trở lại vị trí song song ban đầu. Qua thí nghiệm này, chúng ta không gặp khó khăn trong việc tìm nguyên nhân của sự cố tàu "Olympic". Thì ra, khi hai chiếc tàu chạy song song về phía trước, nước ở giữa hai chiếc tàu chảy nhanh hơn nước ở mặt ngoài. Vì vậy, áp suất của nước đối với mặt trong của hai tàu nhỏ hơn của mặt ngoài. Thế là dưới áp suất của nước mặt ngoài, hai chiếc tàu liền xáp gần vào nhau. Do tàu "Mông khơ" bé hơn tàu "Olympic" rất nhiều, thành thử mũi tàu "Mông khơ" đâm vào tàu "Olympic". Qua sự cố này, con người rút ra được một bài học sâu sắc. Để tránh lặp lại sự cố tương tự, con người đã đặt ra những quy định nghiêm ngặt đối với tốc độ vận hành của tàu cũng như đối với khoảng cách giữa tàu này và tàu khác. Từ khóa : Tàu thuỷ; Tốc độ chuyển động của không khí; Tốc độ nước chảy; Áp suất. 31. Vì sao bụi ở phía sau ô tô đặc biệt nhiều? Trong những ngày thời tiết khô hanh, chúng ta thường nhìn thấy: đằng sau chiếc xe buýt đang bon nhanh bao giờ cũng có bụi cuốn mù mịt. Xe chạy xa rồi, bụi cũng theo đó mà biến mất. Đó là do nguyên nhân gì nhỉ? Trong tiết mục thế giới động vật trên tivi, ta thường thấy cái cảnh tượng như thế này: trong vùng biển mênh mông ngoài khơi, một con cá voi to lớn bơi đến, đằng sau nó bọt sóng cuồn cuộn trào lên. Còn nếu cá nhỏ đang bơi thì mặt nước không hề gợn bọt sóng. Đó là vì thân mình cá voi rất lớn, chiếm một chỗ rất lớn trong nước. Khi nó bơi về phía trước, chỗ mà nó rời khỏi lập tức sẽ có nước ùa tới. Vì vậy, ở phần đuôi của cá voi thường xuất hiện ngọn sóng lớn. Còn thể tích của cá bé rất nhỏ, nước bổ sung vào chỗ nó rời khỏi cũng rất ít, vì vậy không sao gợn được bọt sóng. Cùng với nguyên nhân đó, xe buýt cũng chiếm một không gian nhất định. Khi chạy, nó đẩy ra lượng không khí với thể tích như vậy. Khi xe buýt chạy nhanh về phía trước, chỗ mà thân xe vừa lướt qua lập tức có không khí bổ sung vào. Vì vậy, không khí ở hai bên và đằng sau ùa vào chỗ đó, hình thành một luồng xoáy. Xoáy không khí mang theo cát bụi trên mặt đường, bám sát vào đuôi xe. Vì vậy, chúng ta thường thấy bụi tung mù mịt đằng sau xe. Lúc ấy, nếu chúng ta mở cửa sổ sau của xe, không khí sẽ mang bụi ùa thẳng vào trong xe. Vì vậy, cửa sổ sau của xe buýt phần lớn đều bị chốt lại, không mở ra được. Còn con người khi đi bộ, đằng sau lưng không hề có bụi cuốn theo. Điều đó giống như cá bé đang bơi trong nước không thể gợn lên bọt sóng vậy. Thể tích con người tương đối nhỏ, không khí bị đẩy ra cũng tương đối nhỏ, lại thêm tốc độ đi bộ của người không nhanh như ô tô. Vì vậy, khi chúng ta đi đường không cần phải lo lắng có bụi cuốn theo sau. Từ khóa : Ô tô; Dòng xoáy. 32. Vì sao nước cũng có thể "chặt sắt như bùn"? Nước là một chất lỏng, không có hình dạng cố định. Người ta thường dùng câu "tình cảm êm dịu như nước" để hình dung mức độ dịu dàng. Nhưng, các nhà khoa học lại làm cho nước biến thành cứng chắc như "dao", chẳng những được dùng để đào đất, khai mỏ, thậm chí còn dùng để cắt rời thép tấm. Người ta phát hiện, trong vài phần triệu giây đầu tiên khi dòng nước cao áp phun vào bề mặt của vật thể, áp lực tức thời của nó vô cùng lớn. Con người đã lợi dụng đặc điểm đó của dòng nước cao áp dùng trong khai thác than. Khi bơm cao áp đưa áp lực nước lên cao vài trăm megapascan (MPa) là có thể xói thủng tầng than để than rơi xuống. Dùng bơm đưa nước cùng với than bị xói rời lên cao tới mặt đất. Phương pháp này gọi là khai thác than bằng áp lực nước. Dùng nước để cắt gọt thép tấm là vấn đề phức tạp rất nhiều so với khai thác than. Vì cường độ giới hạn của thép tấm mỏng có thể chịu đựng áp suất khoảng 700 MPa. Khi đưa áp suất lên cao đến một áp suất như vậy thì thiết bị bịt kín có tốt đến đâu cũng rất dễ bị mài hỏng mà gây ra rò rỉ. Để giải quyết vấn đề bịt kín, các nhà khoa học cho vào trong nước 5% dầu cắt có tính hoà tan. Như vậy vừa có tác dụng bôi trơn, lại vừa nâng cao hiệu quả bịt kín. Đồng thời cũng tiến hành xử lí đặc biệt đối với bơm cao áp bịt kín, rót dung dịch dầu vào trong vòng bịt kín hai lớp, lợi dụng đặc điểm tính dính của dung dịch dầu trở nên rất lớn dưới áp suất cao, đảm bảo tính bịt kín của bơm nước cao áp. Thứ đến là nước không có hình thái cố định. Vì vậy, sau khi nước từ trong ống phun ra, sẽ lập tức tản ra. Một khi cột nước tán xạ, chẳng những hạ thấp áp lực nước, mà cũng không thể tiến hành cắt gọt một cách chuẩn xác. Thế là các nhà khoa học bố trí cho vào trong nước một ít polome mạch dài polivinyl oxit. Phân tử nước bám lên chất này làm cho dòng nước từ miệng vòi bắn ra dính vào nhau như một sợi chỉ dài, trong một đoạn cự li bắn ra rất dài không hề tản ra, và duy trì được một áp lực mạnh mẽ. Vấn đề thứ ba gặp phải là do áp lực dòng nước lớn, cường độ chịu lực của miệng vòi so với ống phun phải cao, đồng thời đường kính của vòi phải nhỏ để dòng nước phun ra có thể bắn trúng mục tiêu một cách chuẩn xác không sai lệch. Hiện nay, miệng vòi phun nước áp lực cao được chế tạo bằng những vật liệu như hợp kim cứng cao cấp, ngọc thạch, kim cương, v.v. đường kính miệng vòi chỉ có 0,05 mm. Hơn nữa, vách trong của lỗ phun trơn bóng phẳng phiu, có thể chịu đựng được áp suất dòng nước tới 1700 MPa (17.000 atm). Dùng nước làm "dao" có nhiều ưu điểm. Trước hết là công dụng của nó rất rộng; thép tấm, đồng tấm, kính, chất dẻo v.v. đều có thể dùng "dao nước" để gia công. Tiếp đến là mặt cắt của vật liệu trơn nhẵn, không có vết sần sùi như kiểu vật liệu bị cưa, cũng không như laze và axetylen làm cho nhiệt độ của phần bị cắt gọt lên cao mà biến dạng. Khi cắt gọt một số vật liệu hoá hợp, sẽ không bốc ra khí độc hoặc sinh ra khói bụi, thậm chí sẽ không làm ẩm ướt vật liệu vì tốc độ xuyên thủng của nước vô cùng nhanh. Hiện nay một số quốc gia đã đưa công nghệ cắt gọt nước có áp suất cao vào sử dụng thực tế. Theo đà tiến bộ của khoa học kĩ thuật, ứng dụng của "dao nước" sẽ ngày càng rộng rãi. Như dùng "dao nước" để xoá bỏ lớp sơn gốm sứ trên linh kiện, dùng dao nước để đục lỗ và đập nát vật liệu, cọ sạch vật bám lên bề mặt thân tàu và chân vịt, thậm chí còn có thể dùng vào phẫu thuật ngoại khoa nữa. Từ khóa: Dao nước; Bơm cao áp; Áp suất. 33. Vì sao vận động viên lướt ván đứng trên mặt nước mà không bị chìm? Khi nhìn thấy vận động viên lướt ván đạp gió rẽ sóng lướt nhanh trên mặt nước, bạn có bao giờ tự hỏi vì sao họ đứng trên ván trượt mà không bị chìm hay không? Nguyên nhân ở ngay trên tấm ván trượt nho nhỏ ấy. Bạn xem, khi vận động viên đang lướt ván, bao giờ thân mình cũng ngả về phía sau, hai chân chìa ra phía trước dùng sức đạp lên ván trượt, tạo thành một góc hẹp với mặt nước. Khi chiếc ca nô phía trước kéo vận động viên qua sợi dây thừng, anh ta chịu một sức kéo theo hướng nằm ngang. Đồng thời, vận động viên đứng trên tấm ván trượt và dùng sức đạp lên ván hướng về phía trước, anh ta liền thông qua tấm ván đặt lên mặt nước một lực nghiêng xuống dưới; vả lại lực kéo của ca nô đối với vận động viên càng lớn thì lực mà vận động viên đặt lên mặt nước cũng càng lớn. Vì nước khó bị dồn nén, căn cứ vào nguyên lí lực và phản lực, mặt nước ngược lại sẽ sinh ra một phản lực nghiêng lên trên đối với vận động viên thông qua ván trượt. Chính là cái phản lực này đã đỡ vận động viên không bị chìm xuống. Cố nhiên, thành phần nằm ngang của phản lực này lại trở thành lực cản đối với hướng lướt tới của vận động viên. Lực kéo của ca nô được dùng để khắc phục lực cản này. Vì vậy, vận động viên lướt ván chỉ cần dựa vào kĩ xảo điều khiển tốt góc nghiêng của ván trượt dưới chân thì có thể lướt nhanh trên mặt nước. Từ khóa: Lướt ván; Lực; Phản lực. 34. Vì sao trong điều kiện ngược gió thuyền buồm vẫn có thể chạy tới được? Trên mặt sông gió thổi ào ạt, trời nước một màu, cảnh tượng thuyền bè xuôi ngược, đạp gió lướt sóng, trông thật hùng tráng. Khi ấy, bạn có để ý hay không đến cái cảnh: khi thuyền giương buồm chạy tới, trừ những chiếc xuôi gió lao nhanh, những chiếc ngược gió cũng có thể chạy tới trước. Chúng ta biết rằng, khi thuyền buồm chạy xuôi gió là dựa vào lực của gió đối với cánh buồm, đẩy cho thuyền chạy tới. Nhưng trong điều kiện ngược gió, vì sao thuyền buồm vẫn có thể chạy tới như thường nhỉ? Thực ra, chạy thuyền trong khi ngược gió cũng là dựa vào động lực của gió tác động lên thuyền. Điều đó đòi hỏi người lái thuyền phải điều chỉnh tốt hướng của thân thuyền và cánh buồm, lợi dụng nguyên lí tổng hợp và phân tích lực một cách khéo léo để cho gió làm ra lực. Giả thiết có một luồng gió mạnh thổi ngược từ phía trước tới, người lái thuyền thuận thế lần lượt điều chỉnh mũi thuyền và mặt buồm đến hai hướng khác nhau B và P để hứng đón luồng gió ngược này. Gió thổi lên mặt buồm, lực gió W phân tích thành hai lực thành phần thẳng góc nhau là P' và R', trong đó lực thành phần P' thổi lướt lên mặt buồm, không gây ra ảnh hưởng đối với thuyền buồm, lực thành phần R' kia tác động thẳng góc lên mặt buồm. Áp lực chính R' này lại có thể phân tích thành hai lực thành phần A và B thẳng góc nhau và A vừa đúng thẳng góc với thân thuyền. Lực này đẩy thuyền theo hướng nằm ngang. Do trên hướng nằm ngang, lực cản của nước đối với thuyền rất lớn, nên lực A đẩy thuyền đi ngang cùng với lực cản của nước đối với thuyền triệt tiêu lẫn nhau. Lực thành phần B của R' theo hướng dọc của thuyền. Đó chính là lực cấu thành động lực đẩy thuyền đi tới. Gộp các điều nói trên, khi người lái điều chỉnh thuyền và buồm đúng đến chỗ cần thiết, dưới tác động liên hợp của gió ngược và lực cản, thuyền buồm lại nhận được động lực đi tới. Khi ấy, tuy là thuyền đi tới, song do mũi thuyền nghiêng lệch đi một góc độ, nên nó lệch khỏi hướng đi. Chẳng có gì phải lo về điều đó cả. Đợi cho thuyền chạy được một quãng đường, lại quay mũi thuyền và cánh buồm hướng về phía khác để hứng đón gió ngược thì vẫn có thể nhận được động lực đi tới từ trong gió ngược như cũ. Vì vậy, chúng ta trông thấy các thuyền buồm đều là quành qua quành lại theo hình chữ S và đi tới trong điều kiện ngược gió. Khi thuyền buồm chạy trong gió ngược, làm thế nào để điều chỉnh thuyền và buồm đến vị trí tốt nhất, nhằm nhận được động lực lớn nhất từ trong gió ngược nhỉ? Thực nghiệm đã chỉ rõ: nếu điều chỉnh mặt buồm đến đường chia đều của góc kẹp giữa gió và thân thuyền thì thuyền buồm có thể nhận được động lực lớn nhất. Song muốn điều chỉnh được như vậy không phải là điều dễ làm. Cái đó phải hoàn toàn dựa vào kinh nghiệm đi thuyền nhiều năm của người lái. Đúng là: đi thuyền ngược gió, không tiến thì lùi. Từ khóa: Ngược gió; Tổng hợp lực và phân tích lực; Lực thành phần. 35. Vì sao diều có thể bay lên trời xanh? Trong những lúc gió êm trời đẹp, rất nhiều người đều thích đến ngoại ô hoặc công viên để thả diều. Diều có màu sắc rực rỡ, đủ kiểu đủ dạng bay lượn trên trời xanh, con người và thiên nhiên hoà làm một. Điều đó đối với người thả diều và ngắm diều đều là một loại hưởng thụ đẹp. Thế thì vì sao diều có thể bay lên trời xanh nhỉ? Nếu bạn chú ý quan sát thì sẽ phát hiện, diều bao giờ cũng đón gió mà bay, và "thân mình" của diều bao giờ cũng nghiêng xuống. Đó là điều mấu chốt làm cho diều có thể bay lên trời cao. Trước hết, diều bao giờ cũng hứng gió mà bay. Gió thổi lên diều sẽ sinh ra một áp suất đối với diều, và áp suất đó thẳng góc với mặt diều. Do mặt diều nghiêng xuống dưới, nên gió thổi tới có áp suất nghiêng lên trên đối với nó. Trọng lượng của diều rất nhẹ, áp suất hướng lên trên của không khí đủ để đưa diều lên trời xanh. Khi gió rất nhỏ, người thả diều thường kéo dây diều chạy nhanh đón gió, hoặc đứng tại chỗ không ngừng giật giật dây diều, lợi dụng sự ghì dây để điều chỉnh độ góc nghiêng xuống dưới của mặt diều. Đó đều nhằm tham gia áp suất hướng lên trên của không khí đối với diều, làm cho diều bay càng cao. Diều có cái lớn, cái bé, hình dạng cũng đủ kiểu đủ loại. Bên dưới của nó thường còn đính thêm một ít tua hoặc bông giấy làm thành cái đuôi. Nhìn từ góc độ vật lí học, đó là để làm cho trọng tâm của diều chuyển xuống dưới, có thể nâng cao độ thăng bằng của diều, làm cho nó bay càng ổn định thêm. Từ khóa: Diều; Áp suất; Trọng tâm; Thăng bằng. 36. Vì sao ống khói có thể thải khói ra? Ống khói là một bộ phận cấu thành quan trọng của các toà kiến trúc. Lịch sử của nó có nguồn gốc từ xa xưa. Vào thế kỉ XI, việc quốc vương Olaf đệ tam nước Na Uy cho xây lò sưởi gắn vào tường có ống khói ở một góc của hoàng cung được coi như một sự kiện lớn và được ghi chép lại. Trong một tu viện miền Tây nước Pháp, đến nay vẫn có thể nhìn thấy 20 cái ống khói hình nhọn thẳng đứng trên nóc nhà bếp chĩa lên trời, hài hoà thống nhất với kiến trúc giáo đường kiểu La Mã cổ xưa. Đó là những ống khói cổ nhất trên thế giới còn lại đến ngày nay. Chúng ta biết rằng, ống khói được dùng để thải khói ra. Các lò sưởi tường, bếp lò có ống khói thì khi đốt than, đốt củi, khói nhanh chóng bị đẩy ra khỏi nhà, tránh cho người khỏi nỗi khổ sặc sụa vì khói đặc xông vào mũi. Nguyên lí thải khói của ống khói chẳng có gì phức tạp. Khi đốt lò, không khí trong lò bị nóng giãn nở, mật độ không khí nhỏ đi, liền từ từ bốc lên chui vào ống khói, rồi theo đó mà đi tiếp. Không khí nóng vừa rời đi, không khí trong lò trở nên loãng ra. Thế là không khí bên ngoài lò ùa vào, ùn ùn không ngớt bổ sung đến. Oxi đến làm cho lửa trong lò cháy càng đượm. Cho nên ngoài việc thải khói ra, ống khói còn có chức năng trợ cháy nữa. Lửa hừng hực trong lò làm cho không khí liên tục nóng lên, thúc ép không khí nóng ban đầu tiếp tục đi lên. Khi không khí nóng bị đẩy ra khỏi miệng ống khói rồi, do nó nhẹ hơn rất nhiều so với không khí lạnh xung quanh, nên bị thổi tản ra rất nhanh. Vậy là trong đường ống cấu thành bởi lò và ống khói, hình thành một luồng không khí. Do không khí lạnh không ngừng giãn nở vì nhiệt và không khí nóng không ngừng đi lên mà khói và các loại khí thải bị đẩy ra ngoài. Nói chung, ống khói càng cao, hiệu quả thông gió càng tốt. Vì trong ống khói tương đối cao thì chất khí có đủ thời gian để khuếch tán, từ đó làm cho mật độ không khí nóng và không khí lạnh càng khác biệt lớn. Theo đà tăng lên của hiệu số áp suất giữa không khí lạnh và nóng, không khí lạnh chui vào trong lò, không khí nóng tuôn ra khỏi miệng ống khói càng thêm trôi chảy, thông suốt. Tuy nhiên, không phải trong trường hợp nào ống khói càng cao càng tốt. Dòng khí vận hành càng nhanh, nhiệt lượng mang theo cũng nhiều lên, thậm chí vì nhiệt độ hạ xuống quá nhiều khiến cho lò bị tắt ngấm. Vì vậy, khi thiết kế ống khói, phải căn cứ vào tình hình thực tế, thông qua sự tính toán khoa học thì mới đạt hiệu quả cao. Từ khóa: Ống khói; Giãn nở; Sự lưu thông của không khí. 37. Vì sao nước ga có thể sủi bọt? Mùa hè, khi bạn nhễ nhại mồ hôi từ bên ngoài trở về nhà, được uống một cốc đồ uống chứa gaz mát lạnh, thì thật là dễ chịu vô cùng. Trong nước gaz có hoà tan cacbon đioxit. Khi rót nước gaz vào trong cốc, trong nước gaz có sủi bọt lên. Đó là nguyên nhân gì vậy? Thật ra, cái đó có liên quan với cacbon đioxit hoà tan trong đồ uống. Khi điều chế nước gaz, người ta dùng áp suất đủ lớn, buộc cacbon đioxit hoà tan vào đồ uống. Sau đó đóng vào chai, đậy nắp chai bịt kín lại. Khi đem nước gaz ra dùng, nắp vừa mới bật lên, áp suất bên ngoài nhỏ hơn rất nhiều so với áp suất vốn có trong chai, cacbon đioxit bị ép buộc phải hoà tan trong đồ uống mất đi sự gò ép của áp suất, trong phút chốc bay lên, bốc thẳng ra ngoài. Vì vậy, chúng ta nhìn thấy bọt không ngừng sủi lên trong nước gaz, lại còn phát ra tiếng xì xì nữa. Mùa hè, người ta đặc biệt thích uống nước gaz, chính là vì trong nước gaz chứa nhiều cacbon đioxit. Khi cacbon đioxit được giải thoát ra, nó có thể mang theo nhiệt lượng trong thân thể, làm cho chúng ta chợt cảm thấy mát mẻ, sảng khoái. Từ khóa: Đồ uống chứa cacbonic; Nước gaz; Cacbon đioxit hoà tan; Áp suất. 38. Vì sao trong ống chứa nước máy có lúc lại phát ra tiếng kêu òng ọc? Khi bạn dùng nước máy, nếu đột ngột vặn kín vòi, có lúc sẽ nghe tiếng kêu òng ọc phát ra trong ống nước. Rốt cuộc tiếng kêu này là cái gì nhỉ? Chúng ta biết rằng, nước máy được đưa từ nhà máy nước đến các gia đình, các hộ sử dụng thông qua tăng áp (hoặc tháp nước). Do nước rất khó bị nén, nước sau khi qua tăng áp chảy trong ống nước có một lực xung kích rất lớn. Áp suất nước càng lớn, lực xung kích cũng càng lớn. Khi bạn đột ngột vặn kín vòi lại, dòng nước đang chảy sẽ vì đập vào van trong vòi mà chịu phải phản lực của van, làm cho dòng nước chảy ngược lại, đồng thời sinh ra vùng chân không cục bộ gần cửa van. Do áp suất của vùng này nhỏ hơn rất nhiều so với áp suất nước trong ống nước lại chảy trở lại. Vậy là dòng nước trong ống đập qua đập lại. Nếu sự va đập quá mạnh, bản thân ống nước lại không thể gắn chặt vào tường, liền làm cho ống nước xảy ra chấn động phát ra tiếng òng ọc. Khu vực có áp suất nước càng cao, khả năng xảy ra tình hình như vậy càng lớn. Để tránh cho ống nước bị chấn động, phát ra tiếng òng ọc, thì khi lắp đặt ống nước, nhất thiết phải gắn ống nước thật chặt vào tường. Nếu như khi bạn dùng nước máy mà gặp phải tình hình này thì hãy mở vòi trở lại, rồi sau đó mới từ từ vặn kín vòi. Từ khóa: Nước máy; Chấn động; Áp suất nước. 39. Gió lầu cao là gì? Khi dạo chơi bên cạnh một toà lầu cao gác rộng nhô từ mặt đất lên, bạn thường cảm thấy có từng cơn từng cơn gió bỗng nhiên ập đến. Cường độ gió này không nhỏ, phương hướng đoán không chắc, phần lớn là chuyển động xuôi theo mặt bên và mặt sau của toà kiến trúc. Người ta thường gọi đó là gió lầu cao. Thế thì nguyên nhân nào lại sinh ra loại gió lầu cao kì lạ này? Để trình bày rõ vấn đề này, chúng ta hãy làm một thí nghiệm nho nhỏ. Tay phải cầm một điếu thuốc lá đang cháy, tay trái giữ một chiếc đũa trên đầu có gắn một bao diêm rỗng. Khi bạn thổi hơi vào bao diêm, có thể nhìn thấy làn khói thuốc lá đang ngoằn ngoèo bay lên bị mặt sau của bao diêm hút lại. Bạn có biết vì sao không? Trên thực tế, đó chính là nguyên nhân hình thành gió lầu cao đấy! Hoá ra là, khi không khí đang chuyển động, gặp phải sự cản trở chính diện của lầu cao, thì sinh ra một lực cản đối với dòng không khí, làm cho dòng không khí xảy ra biến đổi: tức là ở phía mặt trước của toà lầu, áp suất của dòng không khí tăng lên; còn ở mặt sau của toà lầu, áp suất của dòng không khí lại giảm thấp rất nhiều, từ đó sinh ra nhiều dòng xoáy không quy tắc.Vậy là, xung quanh toà kiến trúc, không khí hình thành lên sự chênh lệch áp suất trước mặt mạnh, sau lưng yếu, do đó mà sinh ra một luồng gió lầu cao thổi dọc theo tường. Cố nhiên dòng không khí áp suất cao ở nơi khác cũng sẽ chuyển động về phía mặt sau của toà lầu cao, cho nên, hướng của gió lầu cao luôn biến đổi, hết sức phức tạp. Trong thí nghiệm kể trên, sau khi bạn thổi hơi vào bao diêm, áp suất không khí ở mặt sau bao diêm giảm thấp, vì vậy mà khói bị hút về phía đó. Còn về quần thể kiến trúc của nhiều nhà cao tầng ken vào nhau, giữa toà nhà này và toà nhà khác tạo thành vô số các đường qua lại hẹp, phân bố vô quy tắc. Tốc độ dòng không khí trong những đường qua lại đó rất lớn. Loại chuyển động mạnh mẽ này của dòng không khí làm cho gió lầu cao càng thổi càng mạnh thêm. Gió lầu cao chẳng những ảnh hưởng tới công tác và sinh hoạt bình thường của con người, mà còn có khả năng nguy hại đến bản thân toà kiến trúc. Theo đà tăng vọt của nhân khẩu thành thị, trong tình hình mật độ tập trung các toà lầu cao thành phố tăng lên thì việc giảm nhỏ ảnh hưởng của gió lầu cao đã trở thành một trong những vấn đề quan trọng của thiết kế kiến trúc. Thực tiễn chỉ rõ, nếu xây các cao ốc thành một cụm kiến trúc từng toà, từng toà như kiểu bao diêm, tuy giá thành có thấp xuống, hiệu suất sử dụng cao, nhưng nhìn từ quan điểm phòng tránh ảnh hưởng của gió lầu cao thì không thích hợp lắm. Vì vậy, muốn làm yếu ảnh hưởng của gió lầu cao, bố cục của quy hoạch tổng thể cụm cao ốc có tầm quan trọng đáng kể. Cao ốc Kim Mậu nằm trong khu khai thác dịch vụ tiền tệ Lục Gia Chuỷ, thành phố Thượng Hải, cao 420,5 m, tới 88 tầng, là cao ốc đứng thứ ba trên thế giới hiện nay. Nó là một kiệt tác mang phong cách kiến trúc hậu hiện đại. Kiến trúc sư đã khéo léo kết hợp một cách hữu cơ phong cách kiến trúc truyền thống của Trung Quốc với trào lưu kiến trúc hiện đại của thế giới, mặt cao ốc hình răng cưa làm cho gió lầu cao bị chia dòng rất tốt. Ngày nay, tạo hình và phong cách kiến trúc cao ốc ở thành phố lớn của các nước trên thế giới là muôn màu muôn vẻ, có cao ốc xây theo hình tháp nhọn càng lên càng nhỏ lại, có cái xây nóc theo hình dốc nghiêng về một phía, không đối xứng, có cái bố trí cụm cao ốc thành dạng nhấp nhô trồi sụt. Kiểu tạo hình lạ mắt này có thể nói là có sự độc đáo về mặt kiến trúc, lại còn có thể làm yếu ảnh hưởng của gió lầu cao rất nhiều. Từ khóa: Gió lầu cao; Sự chuyển động của không khí; Dòng xoáy; Kiến trúc cao ốc. 40. Vì sao dòng nước chỗ lỗ xả của bể nước bao giờ cũng xoáy theo một hướng? Chúng ta hãy quan sát một hiện tượng kì lạ: khi xả bể nước, xung quanh lỗ xả của bể, nước bao giờ cũng xoáy ngược chiều kim đồng hồ. Cho dù có dùng tay làm cho nước xoáy theo chiều kim đồng hồ một chập thì dòng nước sẽ càng xoáy càng chậm, một lúc sau nó lại xoáy ngược chiều kim đồng hồ như cũ. Vì nguyên nhân gì vậy nhỉ? Thực ra đó là do Trái Đất tự quay gây ra đấy thôi. Chúng ta biết rằng, Trái Đất luôn tự quay không ngừng. Nó tự quay một vòng mất 24 giờ. Qua tính toán rút ra được: tại bất kì điểm nào trên xích đạo, tốc độ quay từ Tây sang Đông là 0,46 m/s, còn tốc độ quay tại Bắc Kinh là 0,35 m/s. Vì vậy, vật thể ở Bán cầu Bắc, vị trí càng gần phía Bắc thì tốc độ quay theo Trái Đất càng nhỏ. Giả dụ có một dòng nước chảy từ Bắc về Nam, do tốc độ quay từ Tây sang Đông ban đầu tương đối nhỏ, nó sẽ lệch về Tây; còn nếu chảy từ Nam đến Bắc, tốc độ quay từ Tây sang Đông lớn, nó sẽ vì quán tính mà duy trì tốc độ tương đối nhanh ban đầu và lệch về Đông. Thực ra, nước ở xung quanh lỗ xả của bể nước là từ bốn phương tám hướng ùa lại, nước từ Bắc chảy về Nam thì lệch Tây, từ Nam chảy đến Bắc thì lệch Đông, cuối cùng nước liền xoáy ngược chiều kim đồng hồ. Thử nghĩ xem, những người sống ở Bán cầu Nam sẽ nhìn thấy cái gì? Kết quả quan sát của họ ngược với chúng ta, nước ở xung quanh lỗ xả của bể nước bao giờ cũng xoáy theo chiều kim đồng hồ. Hiện tượng này đã được nhà vật lí người Pháp Coriolis chú ý đến trước tiên, và tiến hành nghiên cứu toàn diện cả về thực nghiệm lẫn lí thuyết. Người đời sau gọi loại lực hình thành xoáy này là lực Coriolis. Lực Coriolis có ảnh hưởng nhất định đối với sinh hoạt của loài người. Ở Bán cầu Bắc, bờ bên phải của sông ngòi bị xói mòn tương đối lớn, chính là do lực Coriolis đẩy dòng sông chảy theo hướng ngang. Cũng như vậy, khi tàu hoả chạy dọc theo hướng Nam Bắc, bao giờ cũng là đường ray bên phải bị đập vào lớn hơn. Lực Coriolis còn ảnh hưởng tới chuyển động của không khí trên bề mặt Trái Đất. Dưới tác động của lực Coriolis, trong khí quyển sẽ sinh ra những dòng khí xoáy có năng lượng lớn lao; vòi rồng là một trong những loại đó. Từ khóa: Lực Coriolis; Xoáy; Sự tự quay của Trái Đất. 41. Vì sao ném viên đá xuống nước, mặt nước lại có gợn sóng từng vòng từng vòng? Bạn đến bên bờ ao, ném viên đá xuống nước. Mặt nước đang phẳng như gương, lập tức xuất hiện gợn sóng từng vòng từng vòng, từ chỗ viên đá rơi xuống khuếch tán ra bốn phía. Nói ra thật là kì lạ, những gợn sóng đó không chen lẫn xô đẩy nhau mà rất trật tự rời xa điểm viên đá chìm xuống nước. Vì sao chúng "giữ kỉ luật" đến thế? Có ai đó đang chỉ huy chúng chăng? Đó là do tính chất vật lí đặc thù của nước quyết định. Thông thường, trên mặt nước hình như có một lớp màng mỏng có tính đàn hồi, chấn động lên xuống ở chỗ nào đó liền kéo mặt nước ở gần kề cũng chấn động theo. "Mặt nước gần kề" đó liền kéo "mặt nước gần kề kế tiếp", cứ như vậy mà lần lượt xảy ra. Kết cục sinh ra các gợn sóng nước vòng này bám sát vòng kia một cách có quy luật, lan truyền một mạch ra xa. Mỗi một phân tử nước trong sóng nước đều không ngừng chấn động nhấp nhô lên xuống. Giả dụ có thể dùng dao rạch ngang mặt nước để xem xét mặt cắt dọc của nó, thế thì bạn sẽ phát hiện, đó là một đường cong hình sin có quy luật. Điều đó chứng tỏ sóng nước đích thực là một loại sóng. Sóng nước là một loại sóng cơ học, là sóng mà mắt thường có thể nhìn thấy được. Trong thiên nhiên còn có sóng không nhìn thấy đủ kiểu đủ dạng, như: sóng âm, sóng siêu âm, sóng ánh sáng, sóng vô tuyến v.v. Chúng đều là "người một nhà" của sóng đấy mà! Từ khóa: Sóng cơ học; Sóng nước. 42. Vì sao vào ban đêm và sáng sớm, nghe rõ tiếng chuông hơn ban ngày? Trong nhiều thành phố lớn đều có những chiếc đồng hồ báo giờ đồ sộ vươn cao lên, tiếng chuông du dương báo thời gian chuẩn xác cho mọi người ở xung quanh. Nếu bạn là người hay để ý thì sẽ cảm thấy: ban đêm và sáng sớm, tiếng chuông nghe rất rõ; còn ban ngày, tiếng chuông chỉ thoang thoảng, thậm chí có lúc không nghe thấy gì cả. Có thể có người sẽ nói: đó là vì môi trường ban đêm và sáng sớm yên tĩnh, còn ban ngày thì âm thanh hỗn tạp, ồn ào. Cách giải thích như vậy chỉ đúng một phần, không được trọn vẹn. Còn một nguyên nhân quan trọng khác là âm thanh có khả năng "rẽ ngoặt". Âm thanh dựa vào không khí để lan truyền. Trong không khí nhiệt độ đồng đều, nó truyền thẳng tắp về phía trước; một khi gặp phải nhiệt độ không khí chỗ cao chỗ thấp, nó cố sức chọn nơi có nhiệt độ thấp mà truyền. Thế là âm thanh liền "rẽ ngoặt" ngay. Ban ngày, Mặt Trời hun nóng mặt đất lên, không khí ở gần mặt đất có nhiệt độ cao hơn ở trên không rất nhiều. Tiếng chuông sau khi phát ra, truyền đi chưa được bao xa liền ngoặt lên trên cao, nơi có nhiệt độ tương đối thấp. Vì vậy, trên mặt đất, ở ngoài một khoảng cách nhất định, tiếng chuông nghe không được rõ, xa chút nữa thì không nghe thấy tiếng chuông. Ban đêm và sáng sớm, tình trạng nóng lạnh của không khí xảy ra ngược lại: nhiệt độ không khí gần mặt đất thấp hơn ở trên cao. Tiếng chuông sau khi phát ra liền thuận theo mặt đất, nơi có nhiệt độ tương đối thấp mà truyền. Vì thế, người ở nơi rất xa cũng có thể nghe rõ được tiếng chuông. Xem ra, câu thơ "bán dạ chung thanh đáo khách thuyền" (nửa đêm nghe tiếng chuông vẳng đến thuyền khách) quả cũng là có căn cứ khoa học đấy chứ! Loại tính chất này của âm thanh có thể tạo nên một số hiện tượng lí thú. Trong sa mạc nóng bức, nhiệt độ gần mặt đất tương đối cao. Nếu ở ngoài 50 ~ 60 m có người hú gọi to thì chỉ có thể thấy miệng người ấy mấp máy cử động, mà không nghe được âm thanh. Đó là vì sau khi tiếng hú phát ra, âm thanh liền ngoặt rất nhanh lên trên cao đi mất. Ngược lại, ở vùng băng tuyết mênh mông, nhiệt độ gần mặt đất thấp hơn ở trên không, âm thanh hoàn toàn lan truyền theo mặt đất; vì vậy, khi có người hú gọi ta, âm thanh có thể truyền đi rất xa, thậm chí ngoài 1000 ~ 2000 m cũng có thể nghe được. Có khi do nhiệt độ không khí gần mặt đất chợt cao, chợt thấp, âm thanh cũng theo đó mà ngoặt lên ngoặt xuống, thường hay tạo thành một số khu vực tương đối gần không nghe được âm thanh, ở nơi xa hơn thì lại có thể nghe được. Tháng 6 năm 1815, trong chiến dịch Waterlo nổi tiếng, sau khi cuộc chiến bùng nổ quân đoàn "Cờ ru xi" đóng quân không xa chiến trường, cách đấy 25 km, mà không một ai nghe thấy tiếng súng lớn, vì vậy không thể kịp thời chạy đến chi viện cho Napoleon theo kế hoạch tác chiến. Vậy mà ở một nơi xa hơn, tiếng đại bác ùng oàng lại nghe rõ mồn một. Tính chất lan truyền của âm thanh lại ảnh hưởng đến chuyện thắng bại của một chiến dịch như thế đấy! Từ khóa: Âm thanh truyền lan. 43. Vì sao vận động viên leo núi khi leo lên núi cao không được cất tiếng gọi to? Leo núi là một môn vận động thể thao đầy tính thiết thực. Khi leo lên núi cao, vận động viên leo núi bao giờ cũng im lặng tiến bước, không được cất tiếng gọi to. Tại sao vậy nhỉ? Trên núi cao quanh năm phủ đầy tuyết trắng phau, lại thường xuyên có tuyết rơi. Mỗi lần tuyết rơi, lớp tuyết tích tụ lại càng dày thêm một ít nữa. Tuyết đọng càng dày, áp lực mà lớp dưới phải chịu cũng càng lớn thêm. Tuyết của lớp dưới liền bị nén rắn chắc lại, biến thành khối băng của bông tuyết. Đồng thời, lớp tuyết không ngừng dày lên lại phủ lên núi như một tấm chăn bông, làm cho nhiệt lượng của lớp thấp không toả ra được. Vì vậy, nhiệt độ của lớp tuyết tích tụ dưới thấp thường thường cao hơn so với bề mặt tuyết đọng 10 – 20°C. Cộng thêm áp lực mà lớp tuyết dưới thấp phải chịu là tương đối lớn. Như vậy khả năng có một bộ phận tuyết băng ở lớp dưới hoá thành nước. Phần thấp của lớp tuyết tích tụ trên núi cao có nước thì giống như bôi dầu nhờn lên lớp tuyết băng, làm cho lớp đó lúc nào cũng có thể trượt xuống. Nếu có một tảng đá lớn rơi xuống, hoặc giả ở đâu đó truyền đến một loại chấn động, đều có thể làm cho lớp tuyết tích tụ sụt lở xuống, vùi lấp tất cả mọi thứ nằm trên đường đi của nó. Đó là cảnh tuyết sạt lở rất đáng sợ. Khi con người cất tiếng hú gọi sẽ phát ra sóng âm thanh có nhiều loại tần số, truyền đến lớp tuyết tích tụ qua không khí, thường có khả năng gây nên sự chấn động của lớp tuyết đó. Nếu như có một loại tần số của tiếng hú gọi gần bằng hoặc bằng với tần số chấn động riêng của lớp tuyết tích tụ, thì sẽ hình thành cộng hưởng, làm cho lớp tuyết đó sinh ra chấn động dữ dội mà sụt lở xuống. Điều đó hết sức nguy hiểm đối với vận động viên leo núi. Vì vậy, "cấm cất cao tiếng hú gọi" là một điều cấm kị của đội leo núi. Từ khóa: Leo núi; Tuyết sạt lở; Cộng hưởng. 44. Vì sao vật nổi trên mặt nước không trôi ra ngoài theo sóng nước? Đứng cạnh bờ sông, chúng ta có thể trông thấy dòng nước mang các thứ bập bềnh trên mặt nước đi theo. Nhưng trong ao hồ, các gợn sóng nước từng vòng từng vòng lan truyền ra ngoài thì lại không thể mang theo một chiếc lá rụng nhỏ nhoi trên mặt nước cùng đi. Chiếc lá chỉ nhấp nhô lên xuống tại chỗ theo sóng nước. Đó là vì lẽ gì vậy? Nguyên nhân rất đơn giản. Nước là do các phân tử cấu tạo nên. Chỗ có sóng truyền đến, mỗi phân tử nước đều bị buộc phải chuyển động. Đầu tiên, chúng trồi lên đến một độ cao nhất định thì chuyển sang tụt xuống. Trong quá trình tụt xuống, phân tử nước chuyển động về phía trước rồi lại về phía sau. Khi đã tụt xuống một độ cao nhất định, phân tử nước lại chuyển sang trồi lên. Trong quá trình trồi lên, phân tử nước chuyển động về phía sau rồi lại về phía trước, và trở về đến điểm xuất phát ban đầu. Cứ như thế, phân tử nước làm chuyển động vòng tròn trong mặt cắt thẳng đứng. Mới nhìn qua thì thấy, hình như nước đi theo sóng. Trên thực tế, phân tử nước chỉ là dao động tại chỗ. Vì vậy, khi sóng nước lan truyền ra ngoài, không thể nào mang những thứ nổi trên mặt nước cùng đi. Cái đó có chút gì giống với sóng lúa gây nên bởi gió thổi vào ruộng lúa. Thoạt nhìn thì tưởng như hạt lúa chạy theo sóng lúa, song thực ra chúng không có xê dịch vị trí, chỉ là dưới tác động của gió, bông lúa lần lượt "gật đầu cong lưng" mà thôi. Từ khóa: Dao động; Sóng nước. 45. Vì sao một đội quân không thể rập đều bước chân đi qua cầu? Trong lịch sử đã từng xảy ra hai sự kiện như sau. Sự kiện thứ nhất xảy ra khi Napoleon dẫn đầu quân đội Pháp xâm lược Tây Ban Nha. Có một đoàn quân lúc đi qua chiếc cầu treo bằng xích sắt, sĩ quan chỉ huy hô to khẩu lệnh: "Một, hai, ba, bốn!" Rập theo khẩu lệnh, các binh sĩ sải bước chân mạnh mẽ đều đặn đi lên cầu. Khi họ sắp đến gần bờ bên kia, bỗng vang lên một tiếng ầm dữ dội, một đầu cầu sụp đổ xuống sông lớn, ném tất cả binh lính và sĩ quan xuống nước. Rất nhiều người bị chết chìm. Một sự kiện nữa xảy ra ở Xanh Pêtecbua, nước Nga. Khi đoàn quân nhịp nhàng cất bước đi qua chiếc cầu lớn trên sông "Fontanka", sự kiện gẫy cầu chết người y hệt đã xảy ra. Rốt cuộc nguyên nhân gì đã gây ra những sự kiện đó? Đó là do cộng hưởng. Dầm cầu có tần số rung động riêng của nó. Khi một đoàn người đông đúc sải những bước chân đều đặn nhịp nhàng qua cầu, lực tác động có tính chu kì do bước chân sinh ra cũng có tần số nhất định. Nếu tần số của lực đó gần bằng (hoặc bằng với) tần số rung động riêng của cầu thì sẽ xảy ra cộng hưởng. Kết quả của cộng hưởng là rung động của cầu mỗi lúc một mạnh lên, sau cùng khi vượt quá sức chịu đựng của cầu thì nó bị gãy đổ. Trong đời sống hàng ngày, chiếc cầu không chỉ để cho con người đi bộ qua lại, mà còn có các loại xe cộ sử dụng nữa. Lực tác động của ô tô sinh ra đối với cầu lớn hơn rất nhiều so với bước chân con người, song vì lực do ô tô sinh ra không có tính chu kì, vả lại trên cầu còn có xe cộ khác và người đi bộ, lực do chúng sinh ra cũng không có nhiệp điệu nhất định, vì vậy cái này cái kia có thể triệt tiêu một phần rung động, không có khả năng làm cho cầu sinh ra cộng hưởng, nên cũng không có gì nguy hiểm cả. Vì vậy, các nước trên thế giới đều có chung một điều quy định: khi đội quân qua cầu không được rập đều bước chân. Trong cuộc sống, hiện tượng cộng hưởng thường hay xảy ra. Ví dụ: chơi đu quay phải điều chỉnh tần số thân mình thấp xuống và bật lên để chiếc đu sinh ra cộng hưởng. Có như vậy thì đu quay mới càng đu càng cao. Còn khi leo thang, phải lúc thì leo nhanh, lúc thì leo chậm. Làm như vậy để cho cái thang khỏi sinh ra cộng hưởng bởi bước chân của chúng ta. Nếu bị cộng hưởng, cái thang sẽ bị lắc lư rất mạnh. Từ khóa: Cầu; Cộng hưởng; Tần số rung động riêng. 46. Vì sao cát có thể sắp xếp thành những đồ án đẹp đẽ? Nhà khoa học Kran, người Đức, được tôn vinh là người cha của âm học cổ điển, có một thời rất say mê nghiên cứu nguyên lí phát âm của nhạc cụ dây. Để khám phá quy luật rung động của ván đàn viôlông, ông đã làm một loạt các thí nghiệm lí thú, từ tấm phẳng hình vuông đơn giản nhất trở đi. Lấy một tấm kim loại phẳng hình vuông, chốt chặt ở giữa lại và rắc đều một lớp cát mịn lên trên đó. Ông dùng ngón tay tì vào một điểm hoặc hai điểm ở một cạnh của tấm kim loại, còn tay kia dùng cái vĩ đã được thoa nhựa colophan cọ xát mạnh từ trên xuống dưới vào cạnh gần kề, làm cho tấm kim loại rung động. Mỗi lần cọ xát xong thì rời cái vĩ ra khỏi tấm kim loại ngay, rồi lại tiếp tục cọ xát cùng một phần của tấm ấy, cho đến khi nó phát ra tiếng kêu. Sau đó giảm nhẹ sự cọ xát để duy trì tiếng kêu của tấm kim loại. Khi ấy có thể quan sát thấy các hạt cát trên tấm kim loại phẳng nhảy nhót nhào lộn, dần dần nhóm lại, hình thành nên hoa văn đẹp đẽ, gọi là đồ án Kran. Phần và số điểm của ngón tay tì vào tấm kim loại phẳng khác nhau, đồ án mà cát hình thành nên cũng khác nhau. Vả lại mỗi loại đồ án đều có mối liên hệ với một loại âm điệu riêng. Dùng tấm kim loại hình tròn, hình tam giác, hình năm cạnh làm thực nghiệm cũng có thể thu được các kết quả tương tự. Trên thực tế, đồ án Kran là bản vẽ hình tượng của sóng dừng. Những hạt cát trên tấm kim loại phẳng bao giờ cũng tụ tập tại mắt (nút) sóng không rung động. Những mắt sóng này do nhiều điểm nối thành đường sóng, cũng tức là đường gợn sóng trong đồ án. Đối với tấm kim loại hình vuông hoặc hình tròn, hình dạng và vị trí của những đường gợn sóng này có thể dùng phương pháp toán học để tính một cách chính xác. Nhưng với các nhạc cụ như ván đàn viôlông, chiêng, chũm choẹ, chuông v.v. không còn là tấm kim loại phẳng hai chiều đơn giản nữa. Đặc tính âm nhạc của chúng chẳng những được quyết định bởi kích thước, hình dạng, mà còn liên quan tới nhiều yếu tố khác như: nguyên liệu, công nghệ gia công v.v., chỉ có thể xác định được qua thực nghiệm. Rõ ràng việc làm ra một chiếc viôlông chất lượng cao đòi hỏi phải có kĩ xảo cao siêu. Từ xưa tới nay, người ta dùng tai để nghe âm thanh. Còn bây giờ âm thanh lại có thể biểu hiện rõ nhờ những hạt cát. Thật là kì diệu hết sức. Chả trách khi phơi bày đồ án phong phú nhiều vẻ trên tấm kim loại phẳng, Napoleon cao hứng phát biểu: "Tôi đã "trông thấy" âm thanh của nó rồi". Từ khóa: Sóng dừng; Đồ án. 47. Vì sao khi kề tai gần miệng phích không đựng nước lại nghe thấy tiếng o o? Bạn đã thể nghiệm điều này chưa? Khi kề tai gần miệng của các đồ đựng trống rỗng như phích nước, chai hoặc cốc v.v. sẽ nghe thấy tiếng o o. Vì duyên cớ gì vậy? Các đồ đựng không chứa gì đó không hề có nguồn phát âm thanh nào cả cơ mà! Hiện tượng này trong âm học gọi là cộng hưởng âm thanh. Đó là hiện tượng cộng hưởng do sự rung động nguồn phát âm thanh gây nên. Ví dụ như, hai vật thể phát âm có tần số giống nhau, nếu vật này cách vật kia không xa, rồi chỉ để cho một trong hai vật đó phát âm, vật kia cũng có thể theo đó mà phát ra âm thanh. Đó là hiện tượng cộng hưởng. Chúng ta có thể coi không khí trong những đồ đựng trống rỗng đó như cột không khí. Cột không khí cũng là một vật thể phát âm. Khi xung quanh đồ đựng trống rỗng có một âm thanh với tần số thích hợp, cột không khí sẽ sinh ra cộng hưởng âm thanh, và làm cho âm thanh đó tăng mạnh lên. Các nhà vật lí sau khi đi sâu nghiên cứu đã phát hiện: chỉ cần một âm thanh có bước sóng bằng 4 lần, hoặc 3/4, 5/4... độ dài của cột không khí truyền vào đồ đựng, có thể gây ra cộng hưởng âm thanh. Chiều cao bên trong của phích nước nóng thông thường vào khoảng 30 cm. Có thể tính ra, nếu có âm thanh với bước sóng 120 cm, hoặc 40 cm, 24 cm... truyền vào trong phích thì đều có khả năng gây ra cộng hưởng âm thanh. Xung quanh chúng ta là một thế giới âm thanh, không giây phút nào thiếu vắng âm thanh đủ mọi bước sóng: tiếng của người và động vật, tiếng gió và nước chảy, tiếng máy và xe cộ... Ngay cả trong đêm khuya thanh vắng cũng có âm thanh các loại từ xa vẳng lại, chỉ có điều chúng tương đối yếu, chúng ta không dễ nghe thấy mà thôi. Trong số nhiều âm thanh đó, có loại có thể kích thích cho các thứ đồ đựng cộng hưởng. Âm thanh yếu sau khi đã gây cho cột không khí trong đồ đựng cộng hưởng sẽ được tăng mạnh lên. Nói chung thì bao giờ cũng có âm thanh nhiều loại bước sóng đồng thời sinh ra cộng hưởng trong đó. Đó chính là tiếng o o mà chúng ta nghe được khi kề tai vào gần miệng các đồ đựng trống rỗng như phích nước v.v. Cột không khí mà ngắn thì bước sóng của âm thanh gây ra cộng hưởng cũng ngắn. Vì vậy, tiếng o o phát ra từ một cái chai nhỏ sẽ lảnh lói hơn. Nếu đồ đựng có chỗ bị nứt hỏng, làm cho tính hoàn chỉnh vốn có của cột không khí bị tổn hại, thì âm thanh cộng hưởng cũng sẽ bị thay đổi. Vì vậy, người ta thường thông qua việc nghe tiếng o o của cái phích rỗng để kiểm tra xem ruột phích có bị nứt hỏng hay không. Từ khóa: Cộng hưởng; Cộng hưởng âm thanh; Cột không khí. 48. Vì sao cá đúc ở đáy chậu lại phun nước? Thời cổ đại, ở Trung Quốc người ta hay dùng loại chậu thau có hai quai xách đối xứng trên vành chậu, và ở đáy có đúc hoa văn bốn con cá chép. Nó thường được dùng để chứa nước hoặc rửa các thứ. Khi chúng ta đổ đầy nước vào loại chậu này, rồi dùng hai tay miết lên hai quai xách, trong mồm của bốn con cá chép có thể phun ra những giọt nước. Độ cao phun ra có thể trên 50 cm. Loại chậu cổ này vì sao phun nước được nhỉ? Thật ra, khi dùng hai tay miết lên quai chậu một cách chậm rãi mà có tiết tấu, trên thực tế đó là ta đã truyền năng lượng cho chậu cổ. Khi tần số rung động do lực ma sát gây nên tiếp cận hoặc bằng với tần số riêng của vách chậu thì mặt chậu sinh ra cộng hưởng, biên độ sẽ lớn lên rất nhanh. Rung động của vách chậu gây nên rung động của nước, gây nên sóng nước trong nước, sóng nước này khi truyền tới trước gặp phải mặt vách của một bộ phận khác liền phản xạ lại. Thế là sóng tới và sóng phản xạ chồng lên nhau, hình thành nên sóng đứng. Trong sóng đứng, biên độ của các điểm không giống nhau, trong đó điểm có biên độ lớn nhất gọi là bụng sóng, điểm nhỏ nhất gọi là nút sóng. Một vật có hình dáng chậu tròn khi xảy ra cộng hưởng tần số thấp, có thể sinh ra bốn bụng sóng và bốn nút sóng; cũng có thể sinh ra sáu hoặc tám bụng sóng, nút sóng. Nhưng thông thường dùng tay miết là để đạt tới giá trị tần số cộng hưởng tương đối thấp, cũng tức là sinh ra hình thái rung động có bốn bụng sóng và bốn nút sóng hợp thành. Ở chỗ bụng sóng, rung động của nước mạnh mẽ nhất, đến nỗi nhảy khỏi mặt nước, hình thành ra những giọt nước phun. Trong chậu cổ phun nước, người ta thường bố trí miệng của bốn con cá chép vào chỗ bụng sóng. Một khi tần số của quai chậu bị tay miết vào đạt tới tần số cộng hưởng đó, giọt nước sẽ phun ra ở chỗ bốn bụng sóng, nhìn vào trông giống như các hạt nước từ trong miệng cá chép phun ra vậy. Việc thiết kế chậu cổ phun nước tinh xảo như vậy đã phản ánh tài trí thông minh của nhân dân lao động ngày xưa. Từ khóa: Chậu cổ; Sóng dừng; Cộng hưởng. 49. Vì sao suối nhỏ lại kêu róc rách? Các bạn nhỏ đều thích thổi bóng bay. Bóng thổi to quá, nó sẽ "bùm" một tiếng rồi vỡ ra. Vì sao bóng khi bị thổi vỡ lại có tiếng "bùm" nhỉ? Âm thanh là do sự rung động của vật thể gây nên. Khi chất khí trong quả bóng nhồi nhét quá nhiều, áp suất rất lớn, chúng liền chọc thủng lớp màng cao su mỏng để phụt ra, chấn động rất mạnh, nên phát ra một tiếng "bùm". Dòng suối nhỏ vì sao lại kêu róc rách mãi? Vấn đề này có vẻ như chẳng liên quan gì với chuyện chúng ta thổi bóng bay cả. Song phân tích kĩ thì nguyên lí lại là một. Nước suối từ trên cao chảy xuống sẽ cuốn lấy một phần không khí vào trong, hình thành nên nhiều bong bóng trong nước. Khi bong bóng bị vỡ sẽ phát ra tiếng kêu. Đồng thời, nước suối dội xuống sỏi đá hoặc chỗ lồi lõm cũng có thể làm cho không khí chấn động mà phát ra tiếng kêu. Ở những khe núi dốc đá, tiếng nước róc rách này còn vang vọng vào tai không dứt trong các lũng núi. Từ khóa: Chấn động; Âm thanh. 50. Viên đạn và tiếng nổ cái nào chuyển động nhanh hơn? Súng vừa bấm cò, viên đạn đã "vèo" một cái bay đi, đồng thời có tiếng nổ rất lớn phát ra. Khi viên đạn đang bay, nó không ngừng va đập vào không khí, đồng thời kèm theo tiếng veo véo. Có người nói, tốc độ viên đạn lúc ra khỏi nòng là 900 m/s, tốc độ lan truyền của âm thanh trong không khí nói chung là 340 m/s. Tốc độ viên đạn lớn hơn gấp đôi tốc độ âm thanh nên cố nhiên là viên đạn chuyển động nhanh hơn. Có thật như vậy không? Chúng ta hãy xem lại một chút: trong quá trình bay, viên đạn không ngừng ma sát với không khí, tốc độ của nó sẽ ngày càng chậm lại, còn tốc độ của tiếng nổ trong không khí nói chung lại rất ít biến đổi. Vậy thì rốt cuộc cái nào chuyển động nhanh hơn? Chúng ta hãy xem xem cuộc đua tài giữa viên đạn và tiếng nổ diễn ra như thế nào? Ở giai đoạn đầu, khoảng cách từ chỗ viên đạn rời khỏi nòng súng đến 600 m, tốc độ bay trung bình của viên đạn vào khoảng 450 m/s. Viên đạn chuyển động nhanh hơn tiếng nổ rất nhiều, bỏ xa đối thủ. Trong khoảng cách này, nếu nghe thấy tiếng súng thì viên đạn sớm đã vượt qua bạn, bay về phía trước rồi. Ở giai đoạn hai, trong khoảng cách từ 600 m đến 900 m, do lực cản của không khí làm cho tốc độ viên đạn chậm lại, viên đạn không chuyển động nhanh hơn tiếng nổ được nữa. Khi ấy tiếng nổ đã dần dà đuổi kịp, hai kẻ chạy đua hầu như vai kề vai tới vạch 900 m. Ở giai đoạn ba, từ 900 m trở đi, viên đạn bay ngày càng chậm, tiếng nổ lấn lướt hơn và rồi vượt qua viên đạn. Đến vạch 1200 m, viên đạn sức cùng lực kiệt, còn tiếng nổ thì vẫn chuyển động xa đằng trước. Khi ấy, nếu bạn nghe thấy tiếng súng thì viên đạn còn chưa kịp đến trước mặt! Kết quả là: viên đạn chỉ có thể giành được quán quân trong phạm vi 900 m, còn ngôi quán quân chung cuộc lại thuộc về tiếng nổ. Từ khóa: Tiếng nổ; Viên đạn. 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