https://thuviensach.vn

https://thuviensach.vn

VẬT LÝ LÝ THÚ
Tác giả: Thế Trường, Phan Tất Đắc
Ebook miễn phí tại : www.Sachvui.Com

https://thuviensach.vn

https://thuviensach.vn

Lời nói đầu
Vật lý lý thú là cuốn sách thuộc tủ sách hiếu học, giới thiệu một cách hấp
dẫn, lý thú, sinh động hoá những kiến thức vật lý đơn giản nhất mà bạn đọc
đã có. Mục đích của cuốn sách là kích thích sự hoạt động của trí tưởng
tượng khoa học, tập cho bạn đọc quen suy nghĩ theo tinh thần của khoa học
vật lý và phát triển thói quen áp dụng kiến thức vào nhiều mặt của đời sống.
Vì vậy trong "Vật lý lý thú" việc mô tả những thí nghiệm có hiệu lực chỉ giữ
vị trí thứ yếu; còn những đề tài vật lí hóc búa, những bài toán lí thú, những
nghịch lí bổ ích, những câu hỏi ngoắt ngoéo, những sự so sánh bất ngờ rút
ra từ lĩnh vực vật lý học v. v... thì lại chiếm vị trí hàng đầu.
Soạn giả đã tìm kiếm những tài liệu như thế trong phạm vi các hiện tượng
thường gặp trong đời sống, trong kĩ thuật, trong tự nhiên, trong các tiểu
thuyết khoa học tưởng tượng.
Hy vọng cuốn sách sẽ làm vui lòng bạn đọc gần xa.
Người biên soạn

https://thuviensach.vn

Chương một
Những định luật cơ bản của cơ học

Cuộc du lịch rẻ tiền nhất
Vào thế kỷ thứ XVII một nhà văn thông minh người Pháp, Xiranô đờ
Bécgiơrắc có viết một cuốn tiểu thuyết khôi hài nhan đề là "Sử kí của những
nước trên Mặt trăng" (1652), trong đó có một đoạn tả một sự việc li kì hình
như chính bản thân ông đã kinh qua vậy. Có một lần, ông ta làm thí nghiệm
vật lí, rồi chẳng biết vì sao, cả ông và bình thuỷ tinh đều bay bổng lên trời.
Sau vài tiếng đồng hồ ông ta mới từ từ hạ xuống mặt đất. Khi ấy thật ngạc
nhiên vô cùng, ông ta thấy mình không phải ở nước Pháp nữa mà đã ở
Canađa thuộc lục địa Bắc Mĩ. Nhưng nhà văn Pháp này lại cho cuộc phi
hành ngoài sức tưởng tượng vượt Đại Tây Dương ấy là hoàn toàn tự nhiên.
Lí do giải thích của ông là: trong khi nhà phi hành không tự chủ ấy rời khỏi
mặt đất thì hành tinh của chúng ta vẫn tiếp tục quay từ tây sang đông như
trước. Cho nên, khi ông ta hạ xuống thì dưới chân ông ta không phải là nước
Pháp nữa mà đã là lục địa châu Mĩ rồi.
Quả là một phương pháp du lịch rẻ tiền và đơn giản! Các bạn xem, chỉ cần
bay lên bầu trời trên Trái Đất, rồi dừng lại trong không trung vài phút thôi, là
có thể hạ xuống một nơi xa lạ về phía tây. Chẳng cần phải thực hiện một
cuộc du lịch vất vả vượt bể qua sông, trèo đèo lội suối, mà chỉ cần trèo lên
bầu trời rồi yên lặng đợi chờ là tự Trái Đất có thể đưa nhà du lịch đến nơi
định tới.
Nhưng tiếc thay, cái phương pháp kì dị đó chẳng qua chỉ là một chuyện
hoang đường. Một là, sau khi chúng ta đã lên tới không trung thì thật ra
chúng ta vẫn ràng buộc với cái vỏ ở thể khí của Trái Đất, chúng ta lơ lửng
trong lớp khí quyển của Trái Đất mà lớp khí quyển này lại cũng quay theo
Trái Đất. Không khí (nói đúng hơn là các lớp không khí đặc ở dưới) cùng
quay với Trái Đất và mang theo hết thảy những thứ gì tồn tại trong nó như
mây, máy bay, chim chóc và côn trùng v. v... Nếu như không khí không
chuyển động cùng với Trái Đất thì đứng trên Trái Đất chúng ta sẽ luôn thấy
có gió to [1] thổi mạnh đến nỗi bão táp so với nó chỉ như một cơn gió
https://thuviensach.vn

thoảng. Bởi vì, các bạn nên chú ý rằng, chúng ta đứng yên để cho không khí
đi qua, hoặc ngược lại không khí đứng yên và chúng ta chuyển động trong
không khí thì cũng hoàn toàn giống nhau. Trong cả hai trường hợp này,
chúng ta đều cảm thấy có gió to. Người đi xe mô tô phóng với vận tốc
100km/h thì mặc dù trời yên gió tạnh ta cũng vẫn thấy gió thổi ngược rất
mạnh.

Đó là điều thứ nhất. Điều thứ hai là, hãy cứ cho rằng chúng ta có thể lên tới
lớp khí quyển cao nhất hoặc Trái Đất của chúng ta không có lớp khí quyển
này đi nữa, thì lúc ấy cái phương pháp du lịch rẻ tiền do nhà văn khôi hài
người Pháp tưởng tượng ra cũng chẳng phải đã dễ dàng thực hiện được. Thật
vậy, sau khi chúng ta rời khỏi bề mặt của Trái Đất đang quay, do quán tính
chúng ta vẫn tiếp tục chuyển động với vận tốc cũ , hoặc nói một cách khác,
chúng ta vẫn tiếp tục chuyển động với vận tốc chuyển động của Trái Đất ở
phía dưới chúng ta. Cho nên, khi hạ xuống, chúng ta lại rơi đúng vào nơi
xuất phát, giống như khi ta nhảy thẳng lên ở bên trong một toa xe lửa đang
chạy ta đã lại rơi xuống đúng chỗ cũ vậy. Tuy quán tính có làm cho chúng ta
chuyển động thẳng (theo tiếp tuyến), còn Trái Đất ở dưới chân chúng ta lại
chuyển động theo một đường hình cung, nhưng trong khoảng thời gian rất
ngắn thì điều đó không hề gì cả.

Trái Đất hãy ngừng quay!
Nhà văn nổi tiếng người Anh Oenxơ có viết một câu chuyện li kì mô tả một
nhân viên văn phòng đã gây ra một điều lỳ lạ như thế nào. Anh ta là một
https://thuviensach.vn

chàng trai rất trẻ, nhưng sinh ra vốn đã có sẵn một khả năng đặc biệt là hễ
anh ta ước cái gì thì lập tức được ngay cái đó... Nhưng cái khả năng đặc biệt
ấy lại chẳng đem lại cho anh ta và người khác cái gì ngoài những điều chẳng
dễ chịu chút nào.
Khi bữa tiệc đem kéo dài kết thúc, chàng nhân viên nói trên sợ về đến nhà thì
trời đã sáng, anh ta liền nghĩ tới sử dụng cái khả năng trời phú của mình để
kéo dài đêm ra một chút. Biết làm thế nào bây giờ? Phải ra lệnh cho các
thiên thể ngừng chuyển động. Chàng ta còn trù trừ chưa quyết định làm cái
việc quan trọng đó thì bạn anh khuyên anh ra lệnh cho Mặt Trăng ngừng
chuyển động. Anh chăm chú nhìn Mặt Trăng lẩm bẩm:
- Bảo Mặt Trăng ngừng quay, tôi thấy Mặt Trăng ở xa quá... Anh thấy thế
nào?
Mâyđích (tên người bạn) bảo anh:
- Nhưng tại sao anh không thử một cái xem sao? Dĩ nhiên Mặt Trăng không
thể ngừng quay được, thế thì anh ra lệnh cho Trái Đất ngừng quay vậy. Tôi
nghĩ, làm như vậy chẳng chết ai cả.
Phôtêrinh (tên anh chàng kì dị đó) nói:
- Được, để tôi thử xem sao...
Thế rồi, anh ta cung kính giơ hai tay lên và trịnh trọng ra lệnh:
- Trái Đất hãy dừng lại! Không được phép quay nữa!
Nói chưa dứt lời thì cả Phôtêrinh và bạn anh đều bay vọt vào trong không
trung với vận tốc mấy mươi dặm trong một phút.
Cũng may chưa đầy một giây đồng hồ, anh ta đã nghĩ ra và nói ngay ý muốn
của mình:
- Không được hại ta, phải để cho ta sống!
Cần phải nói ngay rằng, cái ý muốn của anh ta nói vừa đúng lúc. Vài phút
sau, anh ta thấy mình rơi xuống một nơi hoang tàn như vừa bị bom tàn phá
vậy; khắp nơi, đất, đá, gạch, ngói, các mảnh vụn của các công trình xây dựng
và các vật bằng kim loại đều bay vùn vụt qua đầu, nhưng cũng may là không
đụng vào anh ta. Ngoài ra, còn có cả trâu bò, lợn gà bay qua rồi rơi xuống
https://thuviensach.vn

đất vụn nát tan tành. Gió gào thét với một sức mạnh kinh hồn làm cho
Phôtêrinh không dám ngửng đầu lên nhìn hết thảy mọi vật chung quanh.
Anh ta lầm rầm tự nhủ:
- Lạ quá, không hiểu xảy ra chuyện gì? Sao lại có bão táp khủng khiếp như
thế này? Chắc chẳng phải tại ta đâu.
Trong bão táp, anh ta cố trấn tĩnh nhìn xung quanh qua các lỗ hổng rách
bươm ở vạt áo bị gió thổi lật lên đầu và nói tiếp:
- Quái, một cái trên trời hầu như vẫn có trật tự. Mặt Trăng vẫn ở chỗ cũ.
Nhưng những cái khác... thành phố đi đâu rồi? Nhà cửa và đường sá đi đâu
rồi? Gió từ đâu thổi đến? Ta có gọi gió đâu?
Phôtêrinh cố đứng lên xem sao nhưng không tài nào đứng lên được, cho nên
anh ta lại bám vào các mỏm đá và các mô đất mà bò lên phía trước. Nhưng
chẳng biết bò đi đâu, bởi vì, anh thấy xung quanh khắp nơi đều bề bộn ngổn
ngang.
Anh ta nghĩ:
- Trong vũ trụ chắc có cái gì bị phá hoại nghiêm trọng. Nhưng rút cục lại là
cái gì? Thật chẳng hiểu ra sao cả.
Thật vậy, mọi cái đều bị huỷ diệt. Chẳng còn lấy một căn nhà, một ngọn cây,
một sinh vật nào cả. Chỉ thấy những gò đống bề bộn ngổn ngang, những
mảnh vỡ rải rác khắp nơi, và trong bão táp mịt mù phải cố gắng lắm mới
nhìn thấy những vật ấy.
Kẻ gây ra tai hoạ đó tất nhiên không hiểu được tại sao lại như vậy. Nhưng
giải thích cảnh tượng ấy cũng dễ thôi. Sau khi Trái Đất đứng lại, Phôtêrinh
không nghĩ đến hãy còn tác dụng của quán tính. Khi chuyển động quay tròn
của Trái Đất đột nhiên dừng lại thì tác dụng của quán tính tất phải ném đi hết
thảy mọi vật trên mặt đất. Đó cũng là lí do tại sao nhà cửa, người, ngựa, cây
cối, động vật và nói chung hết thảy mọi vật không bám chặt lấy Trái Đất đều
bay đi nhanh như tên bắn theo đường tiếp tuyến với mặt đất. Rồi sau, hết
thảy lại rơi xuống mặt đất và vụn nát tan tành. Đến bây giờ thì Phôtêrinh
cũng đã biết rõ cái điều ước của mình chẳng ích lợi gì cho lắm, bởi thế, anh
ta rất hối hận với công việc mình đã làm, cho nên anh ta lại muốn ước một
điều khác. Trước hết, phải cứu vãn cái tai hoạ do anh ta đã gây ra. Cái tai
hoạ quả không phải là ít. Bão táp thổi rợn người, tro bụi như mây đen che
https://thuviensach.vn

kín mất trăng, xa xa còn nghe thấy tiếng ào ào như nước lụt tràn về; dưới ánh
sáng của những tia chớp, anh ta nhìn thấy rõ rệt một cột nước khổng lồ đang
ập về phía anh ta với một vận tốc kinh người.
Anh ta cương quyết thực hiện ý định. Anh ta quay về phía cột nước thét lên:
- Hãy đứng lại! Không được tiến thêm một bước!
Rồi sau anh ta cũng ra lệnh như vậy cho sấm sét, chớp điện và gió bão.
Vạn vật lại trở lại yên tĩnh.
Anh ta uể oải ngồi thụp xuống nghĩ:
Thật là hú vía, từ nay thôi chẳng dại dột như thế nữa. Nghĩ đoạn anh ta trịnh
trọng nói:
- Bây giờ tôi ước hai điều: điều thứ nhất, sau khi những câu nói bây giờ của
tôi đều ứng nghiệm thì hãy làm cho tôi mất hẳn cái năng lực tạo ra những
điều kì lạ ấy đi, từ nay về sau tôi xin nguyện làm một con người bình
thường. Những điều kì lạ tôi không cần nữa. Cái trò chơi ấy thật nguy hiểm.
Điều thứ hai là, thành phố, người ngựa, nhà cửa và ngay cả bản thân tôi, tất
cả đều đâu lại hoàn đấy.

Bức thư gửi từ trên máy bay
Bạn hãy tưởng tượng rằng mình đang ngồi trên một chiếc máy bay bay
nhanh trên những vùng quen thuộc. Và bây giờ thì máy bay của bạn sắp bay
ngang, trên ngôi nhà một người bạn thân. Bạn chợt nảy ra ý nghĩ "Giá gửi
được cho cậu ta một bức thư thì hay biết mấy!". Bạn vội rút sổ tay ra xé lấy
một tờ giấy và ghi nhanh vài dòng để gửi cho bạn mình. Bạn buộc thư vào
một vật nặng nào đấy (sau ta sẽ gọi nó là "trọng vật') và đợi lúc máy bay vừa
bay ngang qua đúng trên ngôi nhà thì thả cho nó rơi xuống.
Chắc bạn hoàn toàn tin tưởng rằng trọng vật đó nhất định sẽ rơi đúng ngay
xuống mảnh vườn của nhà người bạn. Tiếc thay nó đã không rơi được như
thế mặc dù mảnh vườn và ngôi nhà đang nằm đúng ngay ở dưới bụng máy
bay của bạn!
Nếu theo dõi sự rơi của trọng vật chắc hẳn bạn sẽ thấy có xảy ra một hiện
https://thuviensach.vn

tượng rất kì quặc: trọng vật rơi xuống dưới nhưng đồng thời nó vẫn tiếp tục
xuất hiện ở phía dưới thân máy bay và hình như đang trượt theo một sợi dây
vô hình nào đó nối với máy bay. Và khi trọng vật rơi đến đất thì nó sẽ nằm
cách xa về phía trước so với chỗ mà bạn định thả nó.
ở đây ta lại thấy thể hiện cái định luật quán tính ngăn cản việc áp dụng lời
khuyên cám dỗ về lối du lịch rẻ tiền của Bécgiơrắc.

Khi trọng vật còn nằm trong máy bay thì nó cùng chuyển động với máy bay.
Bạn thả cho nó rơi; nhưng sau khi tách ra khỏi máy bay để rơi xuống dưới nó
không bị mất vận tốc ban đầu và trong lúc rơi nó vẫn tiếp tục thực hiện trong
không khí một chuyển động theo hướng cũ. Cả hai chuyển động thẳng đứng
và ngang đã cộng vào nhau, kết quả là trọng vật rơi xuống dưới theo một
đường cong là lúc nào cũng ở ngay bên dưới thân máy bay (dĩ nhiên là trong
điều kiện máy bay có vận tốc và hướng bay không đổi).
Thực ra, trong vật rơi trong trường hợp này cũng giống như một vật được
ném theo phương nằm ngang (thí dụ như viên đạn bắn ra từ một khẩu súng
nằm ngang): vật vạch ra một đường cong và cuối cùng chạm tới mặt đất.
Nên chú ý rằng tất cả những điều nói trên là hoàn toàn đúng trong điều kiện
https://thuviensach.vn

không có sức cản của không khí.
Trong thực tế thì sức cản đó đã có tác dụng làm cản trở cả chuyển động
thẳng đứng lẫn chuyển động nằm ngang của trọng vật và trong quá trình rơi
trọng vật không bao giờ cũng ở đúng ngay dưới thân máy bay mà đã bị tụt
lại sau một ít.
Nếu máy bay bay cao và với vận tốc khá lớn thì độ lệch đối với phương
thẳng đứng từ máy bay tới mặt đất cũng sẽ khá lớn. Khi trời không gió và
máy bay bay ở độ cao 1000m với vận tốc 100km/h thì trọng vật thả từ máy
bay ra sẽ rơi quá chỗ phía dưới máy bay một khoảng chừng 400m.
Việc tính toán cũng rất đơn giản (nếu bỏ qua sức cản không khí). Từ công
thức tính đường đi trong chuyển động nhanh dần đều:

ta suy ra:

Nghĩa là từ độ cao 1000m, hòn đá phải rơi mất một thời gian bằng:

tức là 14s
Trong thời gian ấy vật đồng thời chuyển động theo phương nằm ngang một
khoảng là:

Những vỉa hè di động
Dựa vào nguyên lí tương đối của chuyển động, người ta đã nghĩ ra được một
phương tiện đi lại rất tiện lợi gọi là "những vỉa hè di động", mà cho tới nay
https://thuviensach.vn

cũng chỉ mới được áp dụng ở các cuộc triển lãm mà thôi. Lần đầu tiên
"những vỉa hè di động" này được giới thiệu tại cuộc triển lãm ở Sicagô năm
1883 rồi sau tại cuộc triển lãm quốc tế ở Pari năm 1900. Dưới đây là hình vẽ
của cái thiết bị ấy (h.3). Bạn thấy năm dãy vỉa hè khép kín cái nọ nằm ở phía
trong cái kia và chuyển động với những vận tốc khác nhau nhờ một bộ phận
máy móc đặc biệt. Dãy ngoài cùng chuyển động khá chậm, vận tốc là 5km/h
(5km trong một giờ), đây là vận tốc thông thường của một người đi bộ, cho
nên người ta có thể bước lên dãy thứ nhất này một cách dễ dàng. Ngay bên
trong dãy thứ nhất là dãy thứ hai, chuyển động với vận tốc 10 km/h. Nếu ta
nhảy trực tiếp từ dưới mặt đường lên dãy thứ hai này thì có thể xảy ra tai nạn
nguy hiểm, nhưng nếu ta bước từ dãy thứ nhất sang thì lại chẳng làm sao cả.
Thực vậy đối với dãy thứ nhất thì dãy thứ hai đang di chuyển với vận tốc 10
km/h chỉ chuyển động với vận tốc 5 km/h; nghĩa là bước từ dãy thứ nhất
sang dãy thứ hai cũng sẽ rất dễ dàng như khi bước từ mặt đường lên dãy thứ
nhất vậy. Dãy thứ ba chuyển động với vận tốc 15 km/h, nhưng dĩ nhiên bước
từ dãy thứ hai sang dãy này chẳng khó khăn gì. Và cứ như thế ta sẽ bước
được dễ dàng từ dãy thứ ba sang dãy thứ tư đang chạy với vận tốc 20km/h và
cuối cùng từ dãy thứ tư sang dãy thứ năm có vận tốc khá nhanh là 25 km/h.

Dãy thứ năm này sẽ đưa các khách tham quan đến nơi họ muốn; tới đây chỉ
cần họ lần lượt đi ngược lại từ dãy thứ năm đến dãy thứ nhất là tới được mặt
đường đứng yên.

Con mực bơi như thế nào?
Hẳn bạn sẽ vô cùng ngạc nhiên khi nghe nói: với nhiều sinh vật thì cái
phương pháp hoang đường "tự túm tóc để nâng mình lên trên" lại chính là
https://thuviensach.vn

cái phương pháp di chuyển thông thường của chúng ở trong nước.

Con mực và nói chung đa số các động vật nhuyễn thể lớp đầu túc đều di
chuyển trong nước theo cách như sau: chúng lấy nước vào lỗ máng qua cái
khe hở bên và cái phễu đặc biệt ở đằng trước thân; sau đó chúng lấy sức tống
tia nước qua cái phễu mà ta vừa nói trên; như thế, theo định luật phản tác
dụng, chúng nhận được một sức đẩy ngược lại đủ để thân chúng bơi khá
nhanh về phía trước. Ngoài ra con mực còn có thể xoay ống phễu về một bên
hoặc về đằng sau và khi ép mình để đẩy nước ra khỏi phễu thì nó có thể
chuyển động theo bất kì hướng nào cũng được.
Chuyển động của con sứa cũng tương tự như thế: nó co các cơ lại để đẩy
nước từ dưới cái thân hình chuông của nó ra và như thế là nó bị đẩy về phía
ngược lại.
Chuyển động của bọ nước, của các ấu trùng chuồn chuồn và các loại động
vật dưới nước khác cũng theo phương pháp tương tự. Thế mà chúng ta còn
vẫn nghi hoặc rằng, liệu có thể chuyển động như thế được chăng?

Đáp tên lửa đến các vì sao
Còn gì có thể hấp dẫn hơn vấn đề tạm biệt Quả Đất để du hành khắp vũ trụ
bao la từ Trái Đất đến Mặt Trăng, từ hành tinh này sang hành tinh khác? Đã
không biết bao nhiêu là tiểu thuyết hoang đường viết về đề tài này! Ai đã
làm cho bạn say mê về cuộc du hành tưởng tượng như thế qua các thiên thể!
Phải chăng đó là Vônte với tác phẩm "Mikromegat", Giuyn Vécnơ với "Lên
Cung Trăng" và "Hecto Sécvadác" và Oenxơ với "Những người đầu tiên trên
https://thuviensach.vn

Mặt Trăng". Họ cũng như bao nhiêu người khác viết theo kiểu này đều hoàn
thành những tác phẩm nói về những chuyến đi thú vị trên các thiên thể. Cố
nhiên đây chỉ là những chuyến đi trong mơ ước còn thực tế thì cho tới nay
chúng ta vẫn còn là "tù binh" của Quả Đất này. Song phải chăng không có
khả năng thực hiện được cái mơ ước từ bao đời ấy? Phải chăng trong thực tế
tất cả những đồ án sáng tạo đã được mô tả trong các tiểu thuyết như những
chuyện thật vô cùng hấp dẫn ấy lại không thực hiện được? Sau này có dịp
chúng tôi kể cho các bạn nghe những đồ án li kì về những cuộc du hành vũ
trụ nhưng bây giờ thì ta hãy tìm hiểu một đồ án rất hiện thực do một đồng
bào của chúng ta là ông Cônstantin Ôduarôvích Xiôncốpski nghĩ ra lần đầu
tiên.

Liệu có thể bay tới Mặt Trăng bằng máy bay được không? Dĩ nhiên là không
thể được, vì rằng máy bay và khí cầu máy chuyển động được chỉ vì đã dựa
vào không khí, đẩy vào không khí mà tiến lên. Nhưng ở giữa Trái Đất và
Mặt Trăng lại không có không khí, và nói chung, trong khoảng không gian
vũ trụ không có những môi trường đủ dày đặc để chiếc "khí cầu vũ trụ" có
thể dựa vào mà chuyển động. Như thế có nghĩa là cần phải nghĩ ra một loại
máy bay có khả năng chuyển động và sự điều khiển không cần dựa vào cái
gì cả.
Chúng ta đã biết một loại đạn trái phá tương tự, có dạng một thứ đồ chơi, đó
là tên lửa. Tại sao không chế ra một cái tên lửa thật to, có nơi đặc biệt dành
cho người ở, có chỗ chứa lương thực, chứa các bình đựng không khí và các
thứ tiện nghi khác? Bạn hãy tưởng tượng rằng người ta dự trữ sẵn trên tên
lửa nhiều chất đốt và người ta có thể hướng luồng khí thuốc nổ phụt về bất kì
phía nào cũng được. Như thế là bạn có một con tàu vũ trụ điều khiển được
thực thụ mà ngồi trên ấy có thể chu du qua đại dương không gian vũ trụ, bay
đến cung trăng, đến các hành tinh. Các vị du khách có thể điều khiển quá
trình nổ của các chất đốt, để tăng dần vận tốc của con tàu vũ trụ theo một
nhịp độ cần thiết để cho sự tăng vận tốc không gây nguy hiểm cho họ. Khi
https://thuviensach.vn

muốn hạ xuống một hành tinh nào đó, họ có thể quay được con tàu lại mà
giảm dần vận tốc của quả đạn, và như thế là làm cho sự rơi giảm yếu dần đi.
Cố nhiên, các vị du khách cũng có thể dùng cách đó để quay trở về Trái Đất
được.
Các bạn hẳn còn nhớ là cách đây không lâu, ngành hàng không mới sản xuất
được những chiếc máy bay đầu tiên "mỏng manh" như thế nào. Nhưng bây
giờ thì khác hẳn, các máy bay đã có thể bay khá cao và vững vàng trong
không trung, vượt qua các miền núi non sa mạc, qua các lục địa và đại
dương.
Có thể hai ba mươi năm nữa sẽ tới thời kì huy hoàng của việc "du hành vũ
trụ" chăng? Lúc bấy giờ con người sẽ vất bỏ cái xiềng xích vô hình mà từ
bao lâu nay đã trói chặt họ vào Trái Đất quê hương này; và họ sẽ tung cánh
đi vào khoảng không gian vũ trụ bao la vô tận [2] .

[1] Vận tốc của bão là 40m trong một giây, tức là 14km trong 1 giờ. Còn
Trái Đất thì ở vĩ độ Lêningrat chẳng hạn, đã mang chúng ta đi qua không khí
với vận tốc 230m trong 1 giây, tức là 828 km trong 1 giờ.
[2] Ngày mồng 2 tháng giêng năm 1959 con tầu vũ trụ đầu tiên của Liên xô
đã rời khỏi Quả Đất. Tiếp sau đó trong tháng 9 và tháng 10 năm 1959 hai
con tàu vũ trụ nữa của Liên Xô lại được phóng lên về phía Mặt Trăng nhằm
dọn đường cho con người bay vào vũ trụ. Trong hai lần phóng sau, con tàu
thứ nhất đã đổ xuống Mặt Trăng còn con tầu thứ hai thì chụp ảnh được phía
sau của Mặt Trăng. (Chú thích của Ban Biên tập bản tiếng Nga).

https://thuviensach.vn

Chương hai
Lực - công - masát

Có thể dễ dàng bóp vỡ được vỏ trứng không?

Trong số những vấn đề triết học đã làm cho Kipha Môkiêvích trong cuốn
"Những linh hồn chết" suy nghĩ đến gần nát óc có một vấn đề như sau:
"Ừ, giá mà con voi nở ra từ một quả trứng thì chắc là vỏ quả trứng ấy phải có
một độ dày và chắc phi thường đến nỗi súng bắn cũng chẳng thủng được; và
lại cần phải nghĩ ra một thứ vũ khí tối tân hơn".
Nhà triết học của Gôgôn chắc chắn sẽ rất đỗi ngạc nhiên nếu ông ta biết
được rằng, mặc dù mỏng là thế nhưng vỏ của một quả trứng thông thường
cũng không phải là quá mảnh dẻ. Muốn bóp vỡ một quả trứng theo lối ép hai
đầu của nó vào hai lòng bàn tay thật không phải là một việc quá dễ dàng như
ta tưởng, mà phải dùng sức khá mạnh mới thực hiện được [1] .

https://thuviensach.vn

Chính hình dáng lồi của vỏ trứng đã khiến cho nó vững bền một cách lạ
thường như thế. Nguyên nhân của hiện tượng cũng giống như nguyên nhân
của sự vững bền của các loại cửa xây cuốn thành hình vòm.
Hình 7 vẽ một cái cửa sổ bằng đá xây cuốn như thế, sức nặng S (tức là trọng
lượng của các phần nằm trên của bức tường) tì lên viên đá hình cái nêm chèn
ở giữa vòm cuốn sẽ đè xuống dưới một lực biểu diễn bằng mũi tên A trên
hình vẽ. Nhưng hình dạng cái nêm của viên đá làm cho nó không thể tụt
xuống dưới được mà chỉ có thể đè lên những viên đá bên cạnh thôi. ở đây
lực A có thể phân tích ra làm hai lực C và B theo quy tắc hình bình hành; các
lực này cân bằng với sức cản của các viên đá nằm dính sát nhau, rồi đến lượt
chúng mỗi viên đá lại chịu sự nén chặt của các viên đá xung quanh. Như vậy
lực từ bên ngoài đè lên cái cửa xây cuốn sẽ không thể làm cho cửa bị hỏng
được. Thế nhưng lực tác dụng từ bên trong ra lại có thể làm đổ cái cửa này
tương đối dễ dàng. Lí do cũng dễ hiểu: hình dạng cái nêm của các viên đá
chỉ giữ không cho chúng tụt xuống chứ chẳng hề ngăn cản chúng đi lên chút
nào.
Vỏ quả trứng chẳng qua cũng là một cái vòm cửa nói trên, chỉ có điều là nó
được cấu tạo bởi một lớp liền nhau. Khi có sức ép bên ngoài vào thì không
phải nó bị vỡ tan một cách dễ dàng như ta tưởng đối với một vật giòn như
thế. Có thể đặt một chiếc ghế khá nặng dựa chân lên bốn quả trứng sống mà
chúng vẫn không bị vỡ (để có thể giữ được ghế đứng ổn định, ta nên đặt
trứng vào những cái đế làm bằng thạch cao, vì thạch cao có tác dụng hút chặt
các vỏ có chất vôi). Bây giờ chắc bạn đã hiểu được tại sao thân con gà cũng
khá nặng mà nó xéo lên vỏ trứng, trong khi đó con gà con yếu ớt lúc nở ra lại
có thể dùng mỏ phá tung được dễ dàng vỏ lớp cứng bao bọc bên ngoài nó.

https://thuviensach.vn

Nếu thử dùng thìa cà phê gõ nghiêng nhè nhẹ vào quả trứng để đập nó vỡ ra
thì bạn sẽ không thấy gì làm ngạc nhiên là, sao mà vỏ trứng lại vững chắc
thế khi nó chịu sức ép tác dụng trong những điều kiện tự nhiên và thật là giới
tự nhiên đã bảo vệ cho loài sinh vật phát triển bên trong trứng một lớp vỏ
bọc tiện lợi biết chừng nào.
Tính bền vững kì lạ của các bóng đèn điện - những thứ thoạt nhìn tưởng
chừng rất mảnh dẻ và giòn - cũng được cắt nghĩa như tính bền vững của vỏ
trứng. Sự bền vững của chúng còn làm ta ngạc nhiên hơn nữa, nếu các bạn
nhớ cho rằng có loại bóng đèn (bóng đèn chân không, chứ không phải là loại
bóng đèn có chứa khí trơ) bên trong là khoảng chân không tuyệt đối , không
có một tí gì có thể chống lại được áp suất của không khí bên ngoài. Thế mà
độ lớn của áp suất không khí trên một bóng đèn điện lại chẳng phải là nhỏ:
một bóng đèn có đường kính 10cm đã bị một lực trên 700N (bằng trọng
lượng của một người) ép vào từ mọi phía. Thí nghiệm chứng tỏ rằng bóng
đèn chân không còn có thể chịu được một áp suất lớn hơn áp suất trên tới 2,5
lần.

Căng buồm chạy ngược gió
Thật khó mà hình dung được là những chiếc thuyền buồm lại có thể chạy
"ngược gió" - hay nói theo ngôn ngữ của những người thuỷ thủ thì chạy "xe
gió" được. Thực ra người thuỷ thủ sẽ bảo cho bạn biết rằng không thể căng
buồm cho thuyền chạy ngược hẳn chiều gió được mà chỉ có thể chạy theo
phương tạo thành một góc với hướng gió thổi. Nhưng góc này nhỏ thôi - vào
khoảng 1/4 góc vuông và có lẽ hai câu hỏi sau đây cũng khó hiểu như nhau:
liệu thuyền có chạy được theo chiều ngược hẳn với chiều gió thổi không hay
chỉ chạy theo phương lệch một góc 22 0 với chiều gió thổi? - Nhưng kì thực
hai vấn đề đó khác hẳn nhau và bây giờ chúng tôi sẽ giải thích tại sao chiếc
thuyền nhờ sức gió chạy ngược được theo một góc lệch không lớn lắm so
với chiều gió thổi. Trước hết ta hãy xét xem, nghĩa là khi gió thổi thì cánh
buồm sẽ bị đẩy đi đâu. Chắc bạn nghĩ rằng gió bao giờ cũng đẩy cánh buồm
theo chiều gió thổi. Nhưng không phải như thế đâu: dù cho gió có thổi theo
chiều nào chăng nữa thì nó cũng chỉ đẩy cánh buồm theo phương thẳng góc
với mặt phẳng của buồm mà thôi. Quả vậy: giả sử gió thổi theo chiều chỉ
bằng các mũi tên (h.8); đường thẳng AB đặc trưng cho cánh buồm - Vì rằng,
gió thổi đều lên toàn cả bề mặt của cánh buồm, cho nên ta có thể thay đổi
sức đẩy của gió bằng một lực R đặt vào giữa cánh buồm.

https://thuviensach.vn

Ta phân tích lực này ra làm hai thành phần: lực Q vuông góc với cánh buồm
và lực P hướng dọc theo nó ( h.8 bên phải ).
Thành phần thứ hai không đẩy cánh buồm đi đâu cả vì rằng sự ma sát của
gió đối với vải buồm là không đáng kể. Còn lại lực Q là lực đẩy cánh buồm
theo phương vuông góc với buồm.
Hiểu được vấn đề trên rồi thì chúng ta sẽ hiểu được tại làm sao thuyền buồm
có thể đi ngược gió theo phương tạo thành một góc nhọn với chiều gió. Giả
sử đường thẳng KK biểu diễn chiều dài của lòng thuyền (h.9). Gió thổi theo
một góc nhọn đối với đường thẳng ấy và chiều của gió được biểu diễn bằng
dãy các mũi tên. Đường thẳng AB biểu diễn cánh buồm; người ta hướng
cánh buồm sao cho mặt phẳng của nó chia đôi góc giữa phương của lòng
thuyền và phương của gió. Bạn hãy theo dõi việc phân tích lực trên hình 9 .
Chúng ta biểu diễn áp lực của gió lên cánh buồm, bằng lực Q; lực Q này như
ta đã rõ, phải vuông góc với cánh buồm. Ta lại phân tích nó ra hai thành
phần: lực R vuông góc với lòng thuyền là lực S hướng về phía trước dọc
theo lòng thuyền. Vì rằng sự chuyển động của thuyền theo phương R bị nước
cản lại rất mạnh (các thuyền buồm thường có lòng rất sâu) nên lực R hầu
như hoàn toàn bị sức cản của nước cân bằng.

https://thuviensach.vn

Chỉ còn lực S, là lực hướng tới trước làm cho thuyền chuyển động ngược
chiều gió, theo phương tạo thành một góc với chiều gió [2] .
Thông thường khi đó người ta cho thuyền chạy theo hình chữ chi như vẽ ở
hình 10 . Những người đi biển thường gọi lối đi này là "lối đi vát".

Liệu ácsimét có thể nhấc bổng nổi Trái Đất lên không?
"Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi sẽ nhấc bổng Trái Đất lên!" tục truyền rằng
đó là lời kêu thốt lên của ácsimét, một nhà cơ học thiên tài thời cổ, người đã
khám phá ra các định luật về đòn bẩy. Chúng ta đọc Pơlutáckhơ sẽ thấy có
đoạn viết như sau: "Có lần ácsimét viết thư cho vua Hiêrôn ở thành phố
Xiracudơ là người đồng hương và bạn thân của ông rằng: một lực nhất định
nào cũng có thể dịch chuyển được bất kì một vật nặng như thế nào... và để
nhấn mạnh thêm điều đó, ông viết thêm rằng nếu có một Trái Đất thứ hai thì
bước sang đấy ông sẽ có thể nhấc bổng Trái Đất của chúng ta lên".
Ácsimét đã viết rõ rằng, nếu dùng đòn bẩy thì bất kì vật nặng nào cũng có
thể nâng lên được bằng một lực dù bé nhỏ đi nữa: chỉ cần đặt lực đó vào một
tay đòn rất dài của đòn bẩy, còn vật nặng thì cho tác dụng vào tay đòn ngắn.
Cũng xuất phát từ đó, ông đã cho rằng, nếu ấn vào tay đòn cực kì dài của
một đòn bẩy thì sức mạnh của cánh tay có thể nâng bổng được cả một vật
nặng có khối lượng bằng khối lượng Trái Đất [3] .
Nhưng giá nhà cơ học thiên tài thời cổ biết được khối lượng của Trái Đất lớn
như thế nào thì chắc hẳn ông sẽ không còn thốt lên lời nói "hiên ngang" như
trên nữa, ta hãy thử tưởng tượng một lát rằng ácsimét có một "Trái Đất thứ
hai" và có một điểm tựa như ông đã Mặt Trăng; rồi ta lại tưởng tượng thêm
rằng ông đã làm ra được một đòn bẩy dài đến mức cần thiết. Bạn có biết rằng
muốn nâng một vật nặng có khối lượng bằng khối lượng của Trái Đất lên
một độ cao dù chỉ bằng một centimét thôi, thì ácsimét sẽ phải bỏ ra mất bao
https://thuviensach.vn

nhiêu thời gian không? Không dưới ba vạn tỉ năm!
Sự thật là như thế đấy. Khối lượng của Trái Đất, các nhà thiên văn đã biết;
nếu trên Trái Đất có một khối lượng như thế, thì trọng lượng của nó tính còn
sẽ là:
60 000 000 000 000 000 000 000 000 N.
Nếu một người chỉ có thể trực tiếp nâng bổng được một vật 600N thì muốn
"nâng Trái Đất" lên anh ta cần đặt tay của mình lên tay đòn dài của đòn bẩy,
mà tay đòn này phải dài hơn tay đòn ngắn gấp: 100 000 000 000 000 000
000 000 lần!

Làm một phép tính đơn giản bạn sẽ thấy rằng khi đầu mút của cánh tay đòn
ngắn được nâng lên 1 cm thì đầu mút kia sẽ vạch trong không gian một cung
"vĩ đại" dài 1 000 000 000 000 000 000 km. Cánh tay của ácsimét tì lên đòn
bẩy phải đi qua một đoạn đường dài vô tận như thế để chỉ "nâng Trái Đất"
lên có một centimét! Thế thì ông ta sẽ cần bao nhiêu thời gian để làm công
việc này? Cho rằng ácsimét có đủ sức nâng một vật nặng 600 N lên cao một
mét trong một giây (khả năng thực hiện công gần bằng một mã lực!) thì
muốn "nâng Trái Đất" lên 1 cm ông ta đã phải mất một thời gian là: 1 000
000 000 000 000 000 000 giây hoặc ba vạn tỉ năm! ácsimét dành suốt cả
quãng đời dài dằng dặc của mình cũng chưa "nâng được Trái Đất" [4] lên
một khoảng bằng bề dày của một sợi tóc mảnh...
Không có một thứ mưu mẹo nào của nhà phát minh thiên tài lại có thể nghĩ
ra cách rút ngắn khoảng thời gian ấy được. "Luật vàng của cơ học" đã nói
rằng bất kì một cái máy nào, hễ làm lợi về lực, thì tất phải thiệt về đường đi
tức là mất mát về thời gian. Vì thế ngay như ácsimét có cách nào để làm cho
https://thuviensach.vn

cánh tay của mình có được vận tốc lớn nhất có thể có trong tự nhiên là: 300
000 km/s (vận tốc của ánh sáng) thì với cách giả sử, khoảng đường này ông
cũng phải mất mười vạn năm mới "nâng được Trái Đất" lên một độ cao chỉ
bằng 1cm.

Nhà lực sĩ của giuyn véc nơ và công thức ơle
Bạn có nhớ nhà đại lực sĩ Matiphu trong truyện của Giuyn Vécnơ không
nhỉ?
"Một cái đầu lộng lẫy cân xứng với tấm thân khổng lồ; một lồng ngực nở tựa
như ống bễ lò rèn; cặp chân như hai cây gỗ già, đôi tay như hai cần trục hiện
đại với hai nắm tay cứng cỏi như hai quả búa tạ". Chắc hẳn trong số những
kì công của nhà đại lực sĩ này được mô tả trong truyện "Matiaxơ
Xandoócphơ", bạn vẫn còn nhớ cái trường hợp lạ lùng xảy ra với chiếc tàu
"Tơrabôcôlô" khi chàng lực sĩ của ta dùng sức mạnh của hai cánh tay khổng
lồ giữ được cả một chiếc tàu thuỷ không cho lao xuống dưới. Đây là đoạn
nhà tiểu thuyết kể lại cái kì công trên: "Con tàu đã được mang ra khỏi cái trụ
chống đỡ hai bên nó và đang được chuẩn bị hạ thuỷ. Chỉ cần tháo dây cáp
cột t...