Siêu âm và một vài
ứng dụng
Thếkỷ19, Kranj, nhà khoa họcĐứcđã thông qua thực
nghiệm và rút ra : 20.000Hz là giới hạn lớn nhất tai người có thể
nghe được. Sau này người ta gọi loại sóng có độ lớn hơn
20.000Hz mà con người không nghe thấy là sóng siêu âm.
Sóng siêu âm có hai đặc tính quan trọng: thứnhất là tính định hướng. Do tần
suất của sóng siêu âm rất cao, cho nên bước sóng rất ngắn, bởi vậy nó có thể
truyền theo đường thẳng nhưánh sáng mà không giống một sốsóng âm có bước
sóng tương đối dài. Sóng siêu âm va vào vật cản sẽphản xạtrởlại, bằng cách tiếp
nhận và phân tích sóng phản xạ, có thểdự đoán phương hướng và khoảng cách của
vật cản. Trong thếgiới tựnhiên, con dơi cũng dùng giác quan để phát ra sóng siêu
âm, dùng tai để tiếp nhận sóng phản xạ để phân biệt vạt cản, bởi vậy trong hang tối
nó có thểbay lượn thoải mái, mà vẫn có thểbắt những con mồi nhỏmột cách
chuẩn xác.
Đặcđiểm thứhai của sóng siêu âm là nó có thểtruyền trong nướcvới
khoảng cách rất xa.trong không khí, sóng siêu âm của 30.000Hz, có thểtruyền về
phía trước 24m thì cường độ giảm xuống một nửa,nhưng ởtrong nước, nó truyền
về ở phía trước 44.000m thì cường độ mới giảm một nữa , tức là gấp khoảng 400
lần so với khoảng cách truyền trong không khí. Do ánh sáng và sóng điện từkhác
trong nước truyền nối tiếp, không điđược xa, bởi vậy sóng siêu âm trởthành
phương tiệnđầu tiên để thám hiểm vật thểdưới nước.
Trong đại chiến thếgiới thứnhất, nướcĐức tàu ngầm bằng hải dương rộng
lớn làm vật che đỡ, liên tiếp tấn công tuần dương của Pháp và Anh. Cùng lúc đó,
một nhà khoa học Pháp đã đi sâu nghiên cứu, phát minh ra một loại thiết bịgọi là
Sona. Sona do hai bộphận máy tiếp nhận và phát sóng siêu âm. Máy phát chủ động
phát ra sóng siêu âm, máy tiếp nhận tiếp nhận và đo lường trắc nghiệm các loại
tiếng vọng trởlại, thông qua tính khoảng cách thời gian tín hiệu phát ra và thu về,
đã phát hiện các mục tiêu. Sona chủ động chính xác không những có thểxác định vị
trí hình dáng mục tiêu, thậm chí còn có thểphát hiện ra địch có khảnăng thay
nhiều ca nô.
Thời kỳhòa bình, Sona còn được dùng để tìm kiếm các luồng cá, đo lường và
xác định đá ngầm, hướng dẫn tàu ởcác bến cảng. Dùng Sona quét hiệnđạiđể thăm
dò tình hình dướiđáy biển, nó có thểthểhiện rõ ràng biển cảlên trên trang
giấy,²Hình ảnh của biển cả²đã được vẽra chính xác, sai sốkhông vượt quá 20 cm.
Giống nhưnguyên lý trên, sóng siêu âm thâm nhập vào thân thểcon người, sóng
phản xạsinh ra thông qua thiết bịxửlý điện tử, trạng thái sinh lý và quan hệgiữa
các bộphận rõ nét vềtrạng thái sinh lý và quan hệgiữa các bộphận vịtrí lớn nhỏ
của nội tạng thân thểcon người cũng được phản ánh rõ ràng. Trong bệnh viện mọi
ngườiđều quen làm kiểm tra siêu âm, chính là dùng sóng siêu âm để kiểm tra cơ
quan nội tạng quan trọng nhưgan, túi mật, tụy và tửcung, khoang chậu, buồng
trứng, kịp thời phát hiện sựbiếnđổi của bệnh nhưkhối u, sỏiđồng thời lợi dụng
sóng siêu âm, bác sĩcòn có thểtiến hành kiểm tra thai nhi trong bụng sản phụ.
Ứng dụng của nguyên tắc kiểm tra bằng sóng siêu âm đã được sửdụng trong
các công trình, chính là siêu âm dò vết rạn. Chỉcần một sóng siêu âm phóng vào
công trình, gặp vết nứt, rỗ, bọtẩn giấu trong công trình, sóng siêu âm sẽliên tục
tạo ra sóng phản xạkhông, ngừng do vậy một thiếu sót nhỏcũng không qua được
sựkiểm tra của nó, sóng siêu âm trởthành công cụhữu hiệu của kỹsư.
Những màu sắc huyềnảo của
bong bóng xà phòng
Ban ngày khi quan sát bong bóng xà phòng hay những vết dầu loang
trên mặt nước, ta thấy những vân màu sặc sỡ.
Sựxuất hiện của các vân này nhưthếnào?
Vềmặt vật lý, những vân màu sặc sỡtrên bong bóng xà phòng hoặc trên vết
dầu loang mặt nước, thực chất là hình ảnh thu được từkết quảcủa sựgiao
thoa ánh sáng.
Màng bong bóng xà phòng là một lớp nước mỏng (cỡphần nghìn milimét)
trong suốt còn vết dầu loang cũng là một màng nhưvậy. Hai mặt của màng cùng
phản xạánh sáng (nhưhai mặt tấm kính thông thường)
Những tia sáng phát đi từmộtđiểm S, phản xạ ở mặt trên của màng và rọi vào mắt.
Trong sốrất nhiều tia sáng phát đi từS có những tia phản xạ ở mặt dưới của màng
và cũng rọi vào mắt . Vì màng rất mỏng nên đối với mắt, những tia này nhưlà được
phát đi từcùng mộtđiể. Khi chúng được thủy tinh thểcủa mắt hội tụlên võng mạc,
chúng gặp nhau và giao thoa với nhau. Khi giao thoa, chúng có thểtăng cường hoặc
triệt tiêu nhau. Chùm ánh sáng rọi vào màng là chùm sáng trắng có đủ các màu ứng
với nhiều bước sóng khác nhau, nên cùng một lúc ởcùng mộtđiểm nếu sóng ánh
sáng màu này bịtriệt tiêu, thì sóng ánh sáng màu khác lại có thể được tăng cường
và ánh sáng phản xạtrởthành có màu sắc. Màu sắcđó thay đổi theo chỗdày mỏng
trên màng.
Nói "Mặt Trời mọcở đằng đông"
có đúng không
Buổi sáng thức dậy, nhìn vềphía đông, bạn sẽthấy ông mặt trờiđỏ ối
từtừmọc lên. Thếmà có người dám bảo rằng mặt trời không mọcởphía
đông! Không lẽlại có chuyện nhưvậy?
Trướcđây, người ta nghĩtrái đất phẳng, bầu trời tròn úp lên. Buổi sáng
người ta thấy rõ ràng là mặt trời mọc lên ởphía đông, và lặn xuống phía tây vào
buổi tối. Mắt người ta quen nhìn thấy thế, nên cũng quen miệng nói vậy thôi. Thực
ra, trái đất hình cầu, quay quanh trục của nó, vì vậy mới có hiện tượng ngày và
đêm. Phần trái đất hướng vềphía mặt trời là ngày, phần bịche khuất là đêm.
Khi trái đất quay, góc nghiêng giữa mặt trời và mặtđất cũng lớn dần lên, vì
vậy ta có cảm tưởng mặt trời "mọc" từthấp lên cao. Cũng bởi vì trái đất quay về
hướng đông, nên ta cũng thấy mặt trời "mọc" lên từhướng đông. Đúng ra, chúng ta
phải nói "trái đất quay vềhướng đông, hướng vềphía mặt trời". Nhưng nói vậy có
lẽdài dòng quá, nên người ta vẫn bảo "mặt trời mọcở đằng đông". Tất nhiên, nói
vậy là sai khoa học, nhưng người ta cũng mặc kệ.