Vì sao âm thanh lại phá nát được cốc thuỷ tinh?

Âm thanh là các dao động cơ học của các phân tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất như các sóng. Âm thanh, giống như nhiều sóng, được đặc trưng bởi tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ và vận tốc lan truyền.

Tại sao âm thanh có thể làm vỡ ly thủy tinh? Dễ hiểu thôi, bằng cách sử dụng một chiếc búa? Không phải, đó là do hiện tượng cộng hưởng.

Mỗi đối tượng khi bị tác động sẽ rung ở tần số tự nhiên của nó. Nếu chúng ta tạo ra âm thanh có tần số tương đương tần số dao động tự nhiên của một đối tượng, nó sẽ rung lên. Hiện tượng này gọi là cộng hưởng.

Mỗi loại thủy tinh được tạo thành từ những vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, tất cả chúng đều có tần số cộng hưởng tự nhiên. Do đó, khi chúng ta tạo ra âm thanh phù hợp với tần số cộng hưởng của chúng, thủy tinh sẽ bắt đầu dao động.

Thủy tinh là vật liệu dễ vỡ, âm thanh càng lớn, nó rung càng mạnh hơn và đến một mức nhất định, thủy tinh sẽ vỡ thành nhiều mảnh.

Ngay từ năm 1901, người ta phát hiện thấy hiện tượng: xung quanh khu vực bom nổ chừng 70-90km, có chỗ không nghe thấy âm thanh, gọi là khu tĩnh âm, vượt khỏi khu tĩnh âm này người ta lại nghe thấy tiếng bom. Trong chiến tranh thế giới lần thứ nhất, các nhà bác học đã rất chú ý tới hiện tượng này và đặt nhiều máy ghi âm xung quanh khu vực bom nổ để nghiên cứu hiện tượng không bình thường của việc truyền sóng âm này.

Trong chiến tranh thế giới thứ 2, người ta dùng hoả tiễn mang đầu nổ và cho nổ trên cao, đồng thời các máy ghi âm ghi lại âm thanh. Qua nhiều lần thí nghiệm ngời ta thấy rằng trong khoảng không chừng 50km tồn tại một khu vực nhiệt độ cao. Khu tĩnh âm chính là vùng sóng âm khi lan truyền bị khúc xạ trong khu vực này. Những năm gần đây các thiết bị dùng âm thanh đo đạc khí tượng chủ yếu là ra-đa âm thanh.

Ra-đa âm thanh có thể đo được sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm tuỳ theo độ cao thấp và các hiện tợng thay đổi rất nhỏ của không khí cách mặt đất chừng 1-2 km. Ra-đa âm thanh còn có thể đo được hướng gió, tốc độ gió, dòng không khí đối lưu, tầng nghịch nhiệt v.v..

Sở dĩ dùng âm thanh có thể đo được tính chất thời tiết khí hậu vì không khí ảnh hưởng đến tốc độ, hướng đi của sóng âm và tần số dao động của sóng âm. Nếu chúng ta đo được tình trạng khúc xạ, tốc độ âm thanh, thay đổi tần số dao động có thể biết đợc tính chất của không khí.

Khi sóng âm lan truyền trong khí, thì tốc độ lan truyền bị nhiệt độ,độ ẩm, tốc độ gió tác động, nếu nhiệt độ và độ ẩm càcn lớn, tốc độ lantruyền của âm thanh càng lớn.

Nếu lan truyền thuận chiều gió thì tốc độ truyền âm cao, ngược gió bị chậm lại. Đường truyền sóng âm cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí làm cho khúc xạ. Bởi vậy dùng âm có thể biết được tính chất không khí, dự báo được thời tiết.