Kính vạn hoa ngày Cá tháng Tư

22

Kính vạn hoa ngày Cá tháng Tư

A. A. BOROVOY

Ngày đầu tiên của tháng Tư đang đến gần - ngày của những trò đùa vui nhộn, những trò lừa bịp và những trò lừa dối nho nhỏ. Tôi cũng muốn mua phòng thí nghiệm Kvana cho kỳ nghỉ này. Trong một thời gian khá dài, chúng tôi đã tranh luận về cách đánh lừa người đọc một cách tế nhị hơn, và cuối cùng quyết định hành động theo lời giải: để họ không tin bạn, bạn phải nói sự thật trung thực. Do đó, nếu câu chuyện của chúng tôi cho bạn thấy nhiều quốc gia hơn, đừng lười biếng và hãy kiểm tra những gì được nói trong thực tế trước khi hét lên: “Chúc mừng ngày 1 tháng 4!” Tôi không tin ai cả!”

Cái ống hút quen thuộc

Thiết bị đơn giản này để bơm chất lỏng từ tàu này sang tàu khác đã được biết đến từ thời xa xưa. Nhiều thiết kế ống hút khác nhau được phát minh bởi Heron of Alexandria, người sống cách đây hai nghìn năm.

Một siphon đơn giản hoạt động như thế nào? Hãy tưởng tượng rằng bạn cần đổ chất lỏng từ bình này sang bình khác, nằm bên dưới bình đầu tiên (Hình 1). Vì lý do nào đó, việc nghiêng bình và đổ chất lỏng ra ngoài mép là điều bất tiện. Trong trường hợp này, một ống mềm được lấy và hạ xuống với một đầu vào bình trên và đầu kia vào bình dưới. Đây là một ống hút (không phải ngẫu nhiên mà từ “siphon” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “ống”, “máy bơm”). Để nó bắt đầu hoạt động, trước tiên nó phải được đổ đầy chất lỏng. Để làm điều này, họ thường sử dụng một phương pháp đơn giản (nhưng không phải lúc nào cũng dễ chịu): hạ một đầu ống vào chất lỏng, sau đó hút không khí ra khỏi nó, ấn đầu kia và nhanh chóng nhúng vào bình thứ hai.

Vì vậy, để làm việc với nền bạn cần:

• ít nhất một tàu;
• một ống chứa đầy chất lỏng, trong đó khuỷu “dòng chảy ra” được hạ xuống bên dưới chất lỏng trong bình;
• áp suất khí quyển.

Dù bạn có tin hay không, hầu hết mọi thứ được liệt kê thực sự không cần thiết chút nào.

Hãy bắt đầu với áp suất khí quyển. Có thực sự cần thiết để làm việc với điện thoại? Nhiều người lập luận: “Nó hoàn toàn cần thiết vì nó hỗ trợ chất lỏng và ngăn không cho nó làm gãy ống bên trong ở chỗ uốn cong”. Theo cách riêng của nó, tuyên bố này là một trò đùa Cá tháng Tư. Nếu bạn đặt một ống hút dưới chuông máy bơm, nó sẽ hoạt động mà không cần áp suất khí quyển, miễn là chất lỏng không sôi và bọt khí không chặn mặt cắt ngang của ống. Cột chất lỏng không bị vỡ do lực liên kết phân tử.

Bây giờ về việc đổ đầy chất lỏng trước. Một số ống không cần phải đổ đầy - chúng tự làm việc đó.

Tạo ống như trong Hình 2. Tốt nhất là làm từ một chồng

23

(dù khó), nhưng cũng có thể làm được từ thiếc. Dùng ngón tay đóng đầu hẹp lại, hạ đầu rộng vào bình phía trên và thả mạnh ngón tay ra. Xi phông bắt đầu đổ nước. Tại sao điều này xảy ra không khó hiểu chút nào. Hãy tự mình thử nó.

Có một loại ống “tự nạp” khác - bấc. Nếu các bình được nối với nhau bằng ống bấc thì chất lỏng sẽ chảy qua nó, mặc dù chậm. Đây là lúc hiện tượng mao dẫn phát huy tác dụng.

Vẫn còn phải nói rằng bản thân ống không phải lúc nào cũng cần thiết. Vì vậy, trong cuốn sách “Pháo hoa vật lý” của J. Walker, bạn có thể đọc về chất lỏng “tự chảy”: “Một số chất lỏng, chẳng hạn như polystylene lỏng, có thể tự chảy ra khỏi bình, chỉ cần bạn cho phép hoạt động của một “ống hút” như vậy, đổ ra một phần chất lỏng…”. Vì không chắc chắn rằng polystylene lỏng có được lưu trữ trong nhà bạn hay không, bạn nên thử các chất lỏng khác. Bạn có thể đạt được hiệu quả mong muốn.

Chúng ta cũng hãy lưu ý rằng có một khái niệm về một chất lỏng tuyệt vời có thể chảy ra khỏi bình và tự dâng lên dọc theo thành bình. Đây là helium lỏng, hay chính xác hơn là helium II. Đây là tên gọi của chất lỏng này ở nhiệt độ dưới 2,17 K, khi nó phát triển những đặc tính hoàn toàn đáng kinh ngạc. Và trên hết - tính siêu chảy, tức là hoàn toàn không có tính lưu động *). Đây là những gì L. D. Landdu và A. I. Kitaigorodsky viết về hiện tượng này trong cuốn sách “Vật lý cho mọi người”:

“… Helium II có khả năng tự mình “leo ra” từ thủy tinh hoặc ống nghiệm, nơi nó có xơ vải.

Hình 3 thể hiện sơ đồ của thí nghiệm này. Ống nghiệm chứa gel II được đặt trong ống chân không trên bể gel. “Không có lý do rõ ràng,” khí heli dâng lên dọc theo thành ống nghiệm dưới dạng một mặt phẳng độc lập hoàn hảo, mỏng nhất và chảy qua mép; Có giọt nước nhỏ giọt từ đáy ống nghiệm.

*) Độ nhớt của chất lỏng là do ma sát xảy ra giữa các lớp chất lỏng liền kề trong quá trình chuyển động tương đối của chúng.

Hình 2.

Chúng ta phải nhớ rằng nhờ lực mao dẫn… các phân tử của bất kỳ chất lỏng nào làm ướt thành bình sẽ leo lên thành bình này và tạo thành trên đó một màng mỏng, chiều rộng của màng này có độ lớn bằng một phần triệu cm. Bộ phim này là vô hình đối với mắt và thường không hiển thị bất cứ điều gì đối với chất lỏng nhớt nói chung.

Bức tranh về sự hoàn hảo sẽ thay đổi nếu chúng ta đang xử lý một loại gel không có sức sống… Thông qua thành thủy tinh hoặc ống nghiệm, màng bề mặt tạo thành một ống hút mà qua đó khí heli tràn qua mép bình.>

Hành vi của helium lỏng chỉ có thể được hiểu theo quan điểm của cơ học lượng tử.

Bạn thấy mức độ kín cần thiết trong một ống hút thông thường.

24

Ảo ảnh quang học

Ủy viên hội đồng nhà nước thực tế, giám đốc Văn phòng Khảo nghiệm, Kozma Petrovich Prutkov, khuyên: “Nếu bạn đọc dòng chữ “trâu” trên chuồng voi, đừng tin vào mắt mình.

Người khôn ngoan không hoàn toàn đúng. Về cơ bản, bạn có thể và nên tin vào đôi mắt của mình, vì một người nhận được nhiều thông tin nhất về thế giới xung quanh thông qua thị giác. Đúng, đôi khi thông tin này có vẻ hoàn toàn không hợp lý và đôi khi nó lại hoàn toàn không chính xác.

Hãy làm một thí nghiệm rất đơn giản. Đặt ngón cái và ngón trỏ của bạn sao cho có một khoảng trống giữa chúng và nhìn qua ánh sáng của đèn. Khi khoảng cách trở nên rất hẹp, một sọc đen sẽ xuất hiện ở giữa. Đây là gì - ảo ảnh quang học?

Chúng ta hãy điều kiện kinh nghiệm một chút. Để làm điều này, hãy mở một mảnh giấy nhôm (ví dụ: giấy gói kẹo sô cô la) và dùng dao cạo cắt một đường dài 4-5 cm trên đó. Nếu bây giờ bạn nhìn qua vết cắt này bằng một mắt dưới ánh sáng của bóng đèn mờ, bạn cũng có thể thấy một sọc đen ở giữa. Ngoài ra, các sọc tối bên yếu hơn cũng sẽ xuất hiện.

Các thí nghiệm thực sự rất đơn giản, nhưng việc giải thích chúng không hề dễ dàng. Thật thú vị khi nghĩ rằng đường đi của các dải giao tiếp tối với sự nhiễu xạ của ánh sáng - sự bẻ cong của sóng - bị biến đổi. (Tuy nhiên, có thể tác dụng sinh lý cũng đóng một vai trò quan trọng ở đây.)

Nhưng khi nào thì đôi mắt thực sự đánh lừa chúng ta? Tại sao điều này lại xảy ra? Thiên nhiên theo đuổi mục tiêu gì?*)

Chúng ta hãy nói ngay rằng sự lừa dối không phải do hệ thống quang học của mắt mà là do hệ thần kinh, bộ não con người, “sửa chữa” và “phát minh” ra rất nhiều thứ. Đây là cách một hình nón ba chiều xuất hiện từ một mẫu phẳng (Hình 4) hoặc các sọc tương phản xuất hiện trên đường viền màu đen và trắng, dường như đang cố gắng tạo ra sự chuyển tiếp ánh sáng sắc nét hơn.

Để quan sát các dải này (gọi là dải Mach), chúng ta sẽ làm thí nghiệm sau. Một chiếc đĩa làm bằng bìa cứng màu trắng có vẽ hình bằng mực đen (Hình 5) được đưa vào chế độ quay nhanh. Điều tự nhiên là bạn sẽ thấy một vòng tròn màu trắng ở trung tâm, sau đó là màu xám và cuối cùng là màu đen với sự chuyển tiếp ánh sáng tương đối mượt mà. Tuy nhiên, trên thực tế, bức tranh có vẻ hơi khác: vòng tròn màu trắng ở giữa được bao quanh bởi một vòng sáng hẹp, và trên viền của vòng đen có thể nhìn thấy một sọc đen có mật độ tối đa. Đây là các dải Mach.

Trong một số trường hợp, sự xuất hiện của chúng rất hữu ích. Ví dụ, chúng cho chúng ta cơ hội đọc và cảm nhận rõ ràng từng chữ cái. Độ trắng của tờ giấy bên cạnh mỗi chữ cái sáng hơn và viền của các chữ cái đen hơn thực tế.

Vì chúng ta đang nói về những chiếc đĩa quay và những ảo ảnh quang học liên quan đến chúng nên chúng ta không thể không nhớ đến một chiếc đĩa khác - cái gọi là đĩa Benham. Nó có thể được sử dụng để tạo ra các màu đỏ, xanh dương và xanh lục bằng cách chỉ trộn các màu trắng và đen. Hiệu ứng này thường được viết trong nhiều ấn phẩm phổ biến khác nhau (ví dụ, xem tạp chí “Khoa học và Đời sống”: 1970, số 11 hoặc 1971, số 10), vì nó rất dễ quan sát.

*) Đối với những ai luôn quan tâm đến vấn đề này và những câu hỏi tương tự liên quan đến mức trung bình vật lý, hãy đọc cuốn sách “Con mắt và Mặt trời” của S. I. Vavilov. Ấn bản mới nhất của cuốn sách tuyệt vời này vừa được xuất bản gần đây.