Về hiện tượng chuyển di

27

các giá trị cụ thể của vận tốc cơ thể trong các vùng chuyển động riêng lẻ của nó. Vì vậy, biết rằng tốc độ chuyển động trung bình trên hai đoạn đường giống hệt nhau là 12 m/s, chúng ta có thể nói ngay rằng giá trị tốc độ chuyển động đều trên không đoạn nào có thể nhỏ hơn 6 m/s (bạn hãy tự kiểm tra điều này).

A. I. Shanyuro

Về hiện tượng buồn ngủ

Tất cả các vật thể xung quanh chúng ta, dù có kích thước nhỏ nhất, đều bao gồm một số lượng lớn các phân tử. Chuyển động của mỗi phân tử được mô tả bằng các định luật cơ học, nhưng hành vi của một số lượng lớn phân tử lại tuân theo các định luật khác nhau về chất. Có thể thiết lập những mô hình này khi biết bản chất chuyển động của từng phân tử không? Về nguyên tắc - có, nhưng trên thực tế thì rất khó bài toán.

May mắn thay, hóa ra là để nghiên cứu một số tính chất của vật thể vĩ mô, không cần thiết phải tương tác với từng phân tử riêng biệt. Một ý tưởng chung về cấu trúc bên trong của vật thể như một hệ thống các hạt chuyển động và va chạm với nhau là khá đủ. Trong trường hợp này, hành vi của các vật thể vĩ mô có thể được đặc trưng bởi các đại lượng vật lý đặc biệt liên quan đến toàn bộ tập hợp các phân tử cấu thành nên vật thể, nghĩa là chúng là những đặc điểm trung bình. Vì vậy, ví dụ, mật độ của một chất được xác định bởi số lượng phân tử trung bình trên một đơn vị thể tích, nhiệt độ của vật thể được xác định bởi động năng trung bình của chúng, v.v.

Ở trạng thái cân bằng, mọi đặc điểm trung bình của vật đều giống nhau ở mọi điểm. Nhưng thật dễ dàng để hình dung ra một tình huống không có sự cân bằng. Hãy xem một ví dụ.

Nếu bạn đặt một bình chứa nước lên bếp nóng thì lúc đầu nhiệt độ của nước gần ngày sẽ cao hơn trên bề mặt. Chỉ sau một khoảng thời gian khá dài trôi qua, nước mới ấm lên đều trong toàn bộ thể tích. Làm thế nào để sự nóng lên này xảy ra?

Chúng ta đã nói rằng vật chất là một hệ thống các phân tử chuyển động và tương tác với nhau,

28

nhiệt độ trong đó, nghĩa là nó phụ thuộc chủ yếu vào các điều kiện bên ngoài. Nhưng hệ số tỷ lệ chỉ được xác định bởi cấu trúc bên trong của chất (cách các phân tử di chuyển bên trong nó và cách chúng tương tác (va chạm) với nhau). Hệ số này được gọi là hệ số dẫn nhiệt (λ). Nó thay đổi trong các chất khác nhau. Do đó, độ dẫn nhiệt của bất kỳ kim loại nào đều lớn hơn độ dẫn nhiệt của gỗ vài bậc. Đó là lý do tại sao rất khó để chạm vào một chiếc thìa kim loại được nhúng vào cốc trà nóng, nhưng cầm một que diêm nóng trên tay thì chẳng mất gì.

Một ví dụ khác. Hãy để hỗn hợp của hai chất, ví dụ như nước và một giọt mực trong đó. Rõ ràng, giọt nước sẽ lan rộng, có xu hướng lan đều ra toàn bộ thể tích nước, tức là nó sẽ bắt đầu quá trình khuếch tán. Không giống như ví dụ đầu tiên, ở đây sẽ có một dòng chất - mực, hướng từ nơi có nhiều mực đến nơi có ít mực. Dòng chảy này tỷ lệ thuận với sự chênh lệch nồng độ của các phân tử mực ở các vùng không gian khác nhau. Hệ số tỷ lệ giữa dòng chảy của một chất và chênh lệch nồng độ được gọi là hệ số khuếch tán (D). Hệ số khuếch tán, giống như hệ số dẫn nhiệt, khác nhau đối với các chất khác nhau và được xác định bởi cấu trúc bên trong của chúng (khả năng các phân tử thuộc loại này “chống lại” thông qua độ dày của các phân tử khác).

Cuối cùng, một ví dụ cuối cùng. Hãy tưởng tượng một vật rắn chuyển động trong chất lỏng. Kinh nghiệm cho thấy, không có lớp chất lỏng khi

đến gần cơ thể đang chuyển động, như thể chúng bám vào nó và bị cuốn vào chuyển động có hướng. Do sự trao đổi phân tử giữa các lớp, chuyển động này được truyền sang các lớp lân cận, từ chúng sang lớp tiếp theo, v.v. Do đó, một dòng xung sẽ phát sinh từ các lớp có tốc độ cao hơn đến các lớp có tốc độ thấp hơn. Đây chính xác là cơ chế ma sát chất lỏng, hay ma sát. Thật vậy, sự gia tăng lực đẩy của một chất lỏng có nghĩa là có một lực nào đó tác dụng lên nó từ phía vật thể (sự thay đổi lực đẩy của hệ bằng với lực đẩy của các lực bên ngoài tác dụng lên nó). Do đó, theo định luật thứ ba của Newton, lực tác dụng lên vật từ phía chất lỏng sẽ có hướng ngược lại. Đây là lực ma sát của chất lỏng.

Dòng xung từ các lớp chuyển động nhanh đến các lớp chuyển động với tốc độ thấp hơn tỷ lệ thuận với sự chênh lệch vận tốc của các lớp này. Hệ số tỷ lệ giữa lưu lượng xung và chênh lệch tốc độ được gọi là hệ số vận tốc xung (η).

Tất cả các ví dụ được xem xét đều có đặc điểm chung - sự truyền một thuộc tính nhất định (năng lượng trong ví dụ đầu tiên, vật chất trong ví dụ thứ hai và động lượng trong ví dụ thứ ba) từ khu vực này sang khu vực khác của hệ thống. Không phải ngẫu nhiên mà những hiện tượng thuộc loại này được gọi là hiện tượng chuyển tiếp. Mỗi trong số chúng được đặc trưng bởi hệ số truyền riêng và lý thuyết bài toán là có thể tính toán chúng. Trong trường hợp chung, đây là một bài toán rất khó, vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn. Tuy nhiên, đối với khí, hãy tính