Người rung chuông Jacques đã từng dùng đầu đập vỡ chiếc đèn lồng như thế nào...

50

KVANT 2020/№1

Đối với mỗi ô, chúng ta viết tích của các chữ số của các thừa số đứng cùng với nó theo cùng một chiều ngang và cùng một chiều dọc. Hàng chục được viết trong các hình tam giác phía dưới bên trái và số 1 ở phía trên bên phải. Sau khi điền vào bảng, các số được cộng theo hướng của các đường chéo đã vẽ, kết quả được ghi ở bên phải và bên dưới bảng. Phương pháp này tốt vì tính đơn giản của nó: các ô mạng được điền trực tiếp

khỏi bảng cửu chương và máy tính chỉ còn lại phép cộng. Sáu phương pháp còn lại được Luca Pacioli mô tả, giống như hai phương pháp đầu tiên, đều dựa trên bảng cửu chương. Có nhiều cách khác để nhân số bằng cách sử dụng bảng, được phát minh ở những thời điểm khác nhau và ở các quốc gia khác nhau. Nhưng dường như không có phương pháp nào khác, ngoài phương pháp của nông dân Nga, có thể làm được nếu không có nó.

Người rung chuông Jacques đã từng dùng đầu đập vỡ chiếc đèn lồng như thế nào…

A. BUZDIN, S. KROTV

Nếu bạn trộn tất cả các màu sắc của cầu vồng lại với nhau thì… bạn sẽ có bùn đen. Vrednyuga (từ phim hoạt hình thiếu nhi)

ĐỪNG QUÁ NGHIÊM TÚC đối với kết luận của Vrednyuga về sơn, nhưng hãy xem xét mọi thứ theo thứ tự, vì một thí nghiệm thuần túy về mặt vật lý là một điều khá tinh tế… Có bao nhiêu màu sắc khác nhau trên thế giới? Những màu sắc khác nhau thậm chí đến từ đâu? Những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác từ lâu đã thu hút những người tò mò. Newton vĩ đại đã có đóng góp to lớn cho việc sáng tạo ra khoa học về màu sắc. Ông quan sát thấy sự phân hủy của ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) khi nó truyền qua lăng kính thủy tinh thành cái gọi là quang phổ (từ quang phổ Latin). Màu sắc thu được hoàn toàn khớp với màu sắc của cầu vồng. Lăng kính cho phép Newton thu được cầu vồng trong điều kiện “phòng thí nghiệm”. Đây rồi, các màu sắc của cầu vồng: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Hãy nhìn lại tiêu đề của bài viết. Chúng tôi đã sử dụng một cụm từ hài hước để giúp ghi nhớ chuỗi màu sắc trong quang phổ mặt trời

Xuất bản năm «Kvant» số 12, 1987.

(như bạn có thể thấy, có một số sự thật trong trò đùa của chúng tôi). Chắc chắn một số bạn sẽ nhớ một quy tắc ghi nhớ khác - cụm từ “mọi thợ săn đều muốn biết con gà lôi đậu ở đâu”. Nhờ các thí nghiệm của Newton vào cuối thế kỷ 17 mà người ta đã xác định được rằng ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều màu sắc khác nhau. (Đặc biệt, Newton đã chỉ ra rằng nếu trộn lẫn ánh sáng trắng, bị phân hủy thành quang phổ, thì sẽ thu được ánh sáng trắng.) Phải mất một thời gian dài, các nhà khoa học mới nhận ra rằng ánh sáng là sự dao động của điện trường và từ trường liên kết với nhau lan truyền trong không gian, hay nói cách khác là sóng điện từ. Ví dụ phổ biến nhất của loại sóng này là sóng vô tuyến. Người ta đã chứng minh rằng bản chất của ánh sáng và sóng vô tuyến là như nhau, chúng chỉ khác nhau ở tần số dao động. Tần số của sóng vô tuyến thấp hơn tần số của ánh sáng hàng nghìn lần. Mỗi màu tương ứng với một định nghĩa về tần số rung. Nếu chúng ta sử dụng sự tương tự với các nhạc cụ, thì màu đỏ tương ứng với “âm trầm” và màu tím tương ứng với các nốt cao. Tốc độ truyền sóng điện từ là c = 300.000 km/s. Cô ấy ở trong nhiều

51

“Lượng tử”

VÌ

TRẺ HƠN

Nó nhanh hơn tốc độ âm thanh hàng nghìn lần, đến mức một người nghe đài ngồi gần đài ở nhà ở Vladivostok nghe thấy giọng ca sĩ tại một buổi hòa nhạc được phát sóng từ Moscow sớm hơn một người nghe ngồi ở hàng ghế sau của phòng hòa nhạc. Giá trị đã cho cho tốc độ ánh sáng (c = 3 ◊ $10^{5}$ km s) đề cập đến chân không. Khi ánh sáng truyền qua một chất trong suốt thì tốc độ sẽ thấp hơn. Điều đặc biệt quan tâm là thực tế là khi ánh sáng có màu sắc khác nhau đi qua vật chất, nó sẽ truyền đi với tốc độ khác nhau. Hiện tượng này gọi là tán sắc, chính nhờ hiện tượng tán sắc mà lăng kính phân hủy ánh sáng trắng thành quang phổ màu. Vì vậy, từ ánh sáng trắng bạn có thể thu được tất cả các màu sắc của cầu vồng. Những màu sắc khác nhau trong các bức ảnh trong tạp chí này có ý nghĩa gì? Ngay khi bạn mang theo một cuốn tạp chí vào một căn phòng tối, tất cả các màu sắc sẽ biến mất hoàn toàn, các bức ảnh sẽ chỉ trở thành màu xám - bản thân chúng không “phát sáng”, bất kể chúng có màu gì. Để nhìn thấy chúng với nhiều màu sắc khác nhau, chúng cần được chiếu sáng. Trong trường hợp này, ánh sáng rơi trên trang giấy bị hấp thụ một phần, tán xạ một phần và chúng ta nhìn thấy chính xác các tia sáng tán xạ. Điều rất quan trọng là các chất khác nhau (do đặc điểm cấu trúc của phân tử của chúng) có tính chọn lọc về màu sắc - chúng hấp thụ và tán xạ ánh sáng khác nhau từ các phần khác nhau của quang phổ. Đất son có vẻ màu vàng đối với chúng ta vì hầu hết tất cả các tia ngoại trừ màu vàng đều bị hấp thụ từ ánh sáng trắng chiếu vào nó. Hoặc nhớ về… một quả cà chua. Ở các giai đoạn trưởng thành khác nhau, nó ưu tiên phân tán các tia màu xanh lá cây trước, sau đó là các tia màu đỏ. Điều này cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc phân tử của chất cà chua. Nhân tiện, không phải ngẫu nhiên mà trong hóa học màu sắc là một đặc tính quan trọng của một chất. Đã đến lúc phải bỏ lại những lo lắng trần thế và… bay lên. Quả thực, khó có người nào ít nhất một lần trong đời không bị hớp hồn trước trò chơi huyền bí của sắc màu thiên đường. “Màu của thiên đường là màu xanh…” một người Georgia tuyệt vời đã viết

TRẺ EM HỌC SINH

Nhà thơ Nga Niko Baratashvili. Nhưng chúng ta hãy tự hỏi: đường được đề cập có hoàn hảo về mặt vật lý không? Thông thường màu xanh của bầu trời được giải thích là do sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển. Tuy nhiên, tại sao bầu trời đêm không có màu xanh ngay cả khi trăng tròn? Hoặc tại sao các phần khác nhau của bầu trời lại có màu xanh khác nhau - một số sáng hơn, một số khác kém sáng hơn? Và nếu chúng ta quay về phía hoàng hôn? Một nhà vật lý chu đáo quan sát hoàng hôn đã lưu ý rằng phần phía tây của bầu trời trước tiên có màu vàng hoặc cam; sau đó, khi mặt trời chuyển sang màu đỏ rực, ánh sáng của bầu trời chuyển từ màu vàng cam sang xanh tươi; cuối cùng, lên tới độ cao xấp xỉ $25\infty$ so với đường chân trời, bầu trời chuyển sang màu hồng. Vì nguyên nhân của tất cả các va chạm màu được liệt kê là do sự tán xạ của ánh sáng mặt trời trong khí quyển, chúng ta hãy tìm hiểu quá trình này chi tiết hơn.

52

KVANT 2020/№1

Lời giải thích về đặc thù của màu sắc bầu trời thuộc về nhà vật lý người Anh W. Rayleigh. Nói chung, bản chất của vấn đề là thế này. Màu sắc của bầu trời được xác định bởi sự phụ thuộc của sự tán xạ ánh sáng vào tần số của ánh sáng sau. Sóng điện từ đến từ mặt trời làm “đung đưa” các electron tạo nên các phân tử không khí. Phần màu xanh của quang phổ có tác dụng mạnh nhất lên các electron. Do đó, từ sóng ánh sáng tới, các electron của các phân tử không khí “lấy đi” dao động của phần màu xanh lam của quang phổ. Tuy nhiên, khi bước vào chuyển động dao động cưỡng bức, các electron sẽ trả lại năng lượng đã lấy từ sóng. Tuy nhiên, chúng tỏa ra năng lượng này theo mọi hướng chứ không chỉ theo hướng rơi của sóng ban đầu từ mặt trời. Quá trình này là sự tán xạ ánh sáng. Điều cần thiết để giải thích sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển là sự phân bố không đồng đều của các phân tử không khí trong khí quyển - sự dao động liên tục của mật độ không khí. Nếu các phân tử được phân bố đều trong không gian thì sự tán xạ sẽ hoàn toàn khác - bầu trời sẽ có màu đen. Vì vậy, các phân tử không khí phân tán phần màu xanh lam của quang phổ mạnh nhất, và do đó, các phần của bầu trời mà chúng ta nhìn thấy trong ánh sáng khuếch tán sẽ có màu xanh lam đối với chúng ta.$^{1}$ Các phần tương ứng của bầu trời càng ở xa mặt trời thì chúng ta càng thấy chúng kém sáng hơn. Lý do là đường đi của tia nắng mặt trời trong khí quyển càng dài thì tỷ lệ thành phần màu xanh lam trong đó càng nhỏ. Bây giờ chắc bạn đã hiểu tại sao người ta nói “mặt trời đỏ” rồi phải không? Ánh sáng mặt trời trực tiếp đến với chúng ta “làm mất” thành phần màu xanh lam và phần lớn bức xạ đến với chúng ta

1 Câu hỏi có thể được đặt ra: tại sao lại có màu xanh mà không phải màu tím? Thực tế là chúng ta cũng phải tính đến đặc điểm cụ thể về khả năng nhận biết màu sắc của mắt người và thực tế là trong ánh sáng mặt trời có tia tím “ít” hơn tia xanh lam.

Đối với người quan sát, bức xạ chính xác là phần màu đỏ-vàng của quang phổ. Rõ ràng là khói, bụi và các hạt nhỏ khác có trong không khí ảnh hưởng đáng kể đến sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển. Được biết, sau những vụ phun trào núi lửa lớn, bình minh và hoàng hôn đôi khi có những màu sắc đáng kinh ngạc - mặt trời và mặt trăng thậm chí có thể chuyển sang màu xanh lam. Chúng ta hãy mô tả hậu quả của vụ phun trào thảm khốc của núi lửa Krakatau năm 1883, được đưa ra trong cuốn sách “Địa chất giải trí” của nhà khoa học tuyệt vời người Nga V.A. Obruchev: “Tro bụi mịn làm mặt trời ở Nhật Bản và những nơi khác ở khoảng cách hơn 3000 km trở nên tối tăm. Lớp tro này trôi nổi trong một thời gian dài trong khí quyển, gây ra màu xanh lam của mặt trời và mặt trăng ở Châu Phi và các quần đảo Thái Bình Dương và những buổi bình minh màu đỏ tuyệt vời vào cuối năm 1883 và đầu năm 1884, được quan sát thấy trên khắp trái đất.” Màu xanh của mặt trời và mặt trăng trong trường hợp này là do sự tán xạ ánh sáng trên các sol khí trong khí quyển có kích thước 0,4–0,9 micron, tức là kích thước tương đương với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Các sol khí trong khí quyển có kích thước được chỉ định được hình thành bằng cách lắng đọng khói, tro, v.v. trên các hạt rắn. trong các vụ phun trào núi lửa và cháy rừng lớn. Chính vì kích thước tương đối lớn của chúng nên chúng tán xạ ánh sáng từ phần màu đỏ của quang phổ nhiều hơn từ phần màu xanh lam. Sự tán xạ này gắn liền với tên tuổi của nhà khoa học người Đức Mie. Khi quan sát mặt trời và mặt trăng qua bình xịt như vậy, chúng có màu hơi xanh - thành phần màu đỏ của ánh sáng trắng bị phân tán và chỉ có ánh sáng xanh chiếu tới chúng ta. Vì vậy, các sắc thái của màu sắc tạo nên vòm trời được xác định trong một tình huống cụ thể bằng sự kết hợp giữa tán xạ Rayleigh với tán xạ ánh sáng trên các hạt nhỏ. “Núi xanh, khoảng cách xanh, thành phố xanh” - tất cả những cách kết hợp từ ngữ đầy chất thơ này thường được dùng làm biểu tượng của sự nguyên thủy, sự thuần khiết phi thường và sự huyền bí. Điều đáng ngạc nhiên nhất là vật lý cũng có liên quan ở đây. Vì vậy, đôi khi trên bãi cỏ xanh có mái che