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?
Ởgiai 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.
Ởgiai 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.
Ởgiai 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.
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.
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.
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.
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.
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 ởtrong 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.
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.