10 câu hỏi khoa học đơn giản nhưng ít người trả lời được (Phần 2)

5. Cầu vồng được tạo thành như thế nào?

Đây là nguồn cảm hứng bất tận cho trí tưởng tượng của loài người. Trong Kinh Cựu ước, Chúa đã tạo ra cầu vồng sau trận Đại hồng thủy và nói với Noah rằng, “Đây chính là sự liên hệ của ta với Trái đất”. Người Hy Lạp cổ đại thậm chí còn đi xa hơn, họ cho rằng cầu vồng chính là một nữ thần mang tên Iris. Qua nhiều thế kỷ, rất nhiều bộ óc lỗi lạc, từ Aristotle cho đến Descarte đều tìm cách lý giải nguyên nhân của hiện tượng này.

Về cơ bản, cầu vồng được tạo ra bởi các giọt nước treo lơ lửng trên bầu khí quyển sau một trận mưa. Những giọt nước này có tỷ trọng khác biệt so với lớp không khí xung quanh chúng, do đó, khi ánh sáng mặt trời chiếu đến, chúng trở thành các lăng kính mini, “bẻ cong” ánh sáng và biến nó thành nhiều bước sóng khác nhau, và cuối cùng, phản chiếu tất cả về mắt của chúng ta.

Kết quả của hiện tượng trên là một cánh cung huyền ảo với đủ mọi màu sắc. Và bởi những giọt nước PHẢN CHIẾU ánh sáng mặt trời, nên để nhìn thấy cầu vồng, chúng ta phải QUAY LƯNG về phía mặt trời. Chúng ta cũng cần quan sát với một góc độ chính xác vào khoảng 40 độ – góc mà các giọt nước bẻ cong ánh sáng. Nếu bạn có may mắn được quan sát hiện tượng này từ trên cao (ví dụ như trên máy bay), bạn sẽ thấy nó có dạng gần như chiếc đĩa hơn là một hình cầu.

4. Thuyết tương đối là gì?

Khi một ai đó nhắc đến thuyết tương đối, thực chất họ đang nhắc đến 2 thuyết riêng biệt: Thuyết tương đối rộng và thuyết tương đối hẹp. Einstein và công trình đồ sộ của ông đã trở nên quá nổi tiếng, nhưng không phải ai cũng biết về nội dung của những lý thuyết này. Einstein đã lý giải chúng qua một ví dụ khá hóm hỉnh: “Khi bạn ngồi cùng một cô gái xinh đẹp trong một giờ đồng hồ, nó trôi qua chỉ như một phút. Nhưng khi bạn ngồi trên một đống than nóng rực trong một phút, nó sẽ lâu hơn cả vài giờ. Đó chính là thuyết tương đối.”

Câu trích dẫn trên đã tóm lược mọi thứ một cách khá hoàn hảo, tuy nhiên, chi tiết có vẻ sẽ rắc rối hơn 1 chút. Trước thời Einstein, mọi người đều tin rằng thời gian và không gian là những yếu tố bất biến – chúng không bao giờ thay đổi, bởi vì đó là cách chúng ta nhìn không gian và thời gian từ góc nhìn cố định trên Trái đất. Nhưng Einstein, bằng các phương pháp toán học, đã chứng minh rằng quan niệm trên là hoàn toàn sai lầm. Thay vào đó, ông cho rằng không gian và thời gian đều có sự thay đổi – không gian có thể co lại, giãn nở, bị uốn cong; thời gian có thể chậm lại hoặc trôi nhanh hơn.

Việc thời gian và không gian thay đổi ra sao hoàn toàn phụ thuộc vào góc nhìn của chúng ta. Nếu bạn đeo một chiếc đồng hồ, nhảy lên 1 chiếc máy bay và bay 1 vòng quanh Trái đất với tốc độ siêu âm, bạn sẽ quan sát thấy kim đồng hồ quay chậm hơn rất nhiều so với khi bạn đứng yên trên mặt đất. Đó là hiện tượng có tên gọi “giãn nở thời gian”. Thời gian và không gian, thực chất là một thực thể thống nhất, nó hoàn toàn có thể bị “làm nhiễu” bởi các lực mạnh như lực hấp dẫn hay gia tốc. Bởi vậy, khi một vật, hoặc di chuyển rất nhanh, hoặc bị tác động bởi lực hấp dẫn vô cùng lớn, thời gian tương đối đối với vật đó sẽ chậm lại.

Hệ thống định vị toàn cầu – GPS, là một minh chứng sống động của thuyết tương đối. Các vệ tinh của chúng quay xung quanh trái đất với tốc độ 14.000 km/h, và nếu các kỹ sư không chỉnh đồng hồ của họ theo các nguyên lý của thuyết tương đối, trong một ngày, Google Map trên chiếc Smart Phone của bạn sẽ bị sai lệch vị trí khoảng 10km.

3. Tại sao bong bóng có hình tròn?

Thực ra, bong bóng không phải lúc nào cũng có hình tròn. Bạn có thể tạo ra đủ mọi hình dạng với chúng – nhưng chúng sẽ luôn CÓ XU HƯỚNG quay trở lại dạng hình tròn. Điều này xảy ra bởi các bong bóng, thực chất là các lớp chất lỏng mỏng, chứa những phân tử luôn gắn kết với nhau – một hiện tượng với tên gọi là sự liên kết. Chính điều này đã tạo ra sức căng bề mặt – một hàng rào ngăn cản các vật thể cố gắng vượt qua nó.

Bên trong hàng rào này, không khí bị “nhốt” lại và không thể thoát ra ngoài, mặc dù vậy, chúng vẫn luôn tạo ra một lực đẩy lên các lớp chất lỏng. Nhưng đó không phải là lực duy nhất tác dụng lên hàng rào này. Ở bên ngoài, thậm chí còn nhiều không khí hơn đẩy ngược hàng rào vào trong. Cách tốt nhất để các lớp chất lỏng kháng cự lại các lực trên là tạo ra một hình dạng chắc chắn nhất – đó chính là hình tròn, trên quan điểm tuân theo tỷ lệ thể tích/diện tích bề mặt.

2. Mây sinh ra từ đâu?

Không phải suối tóc bồng bềnh của một nữ thần, càng không phải bóng dáng của một lâu đài kem trên bầu trời. Mây là một khối hữu hình chứa các giọt nước, hoặc các tinh thể băng, hoặc pha trộn cả hai, được hình thành ở bên trên bề mặt Trái đất. Mây được tạo ra khi khí nóng bốc lên. Càng lên cao, chúng sẽ càng được làm mát, và khi đã lên đủ cao, nước từ dạng hơi sẽ được ngưng tụ trở về dạng giọt hoặc dạng băng, tùy vào việc nó được làm mát đến đâu. Các dạng tinh thể và dạng giọt này sẽ dính lấy nhau trên quan điểm của thuyết liên kết (đã được nói đến ở trên) – và đó là cách mây ra đời. Một vài đám mây trông có vẻ dày hơn số khác, đó là bởi chúng có tỷ trọng cao hơn, tập trung nhiều giọt/tinh thể nước hơn.

Mây là một phần quan trọng trong vòng tuần hoàn nước trên Trái đất, trong đó, nước liên tục qua lại giữa bề mặt và bầu khí quyển, liên tục chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng (và đôi khi là cả dạng rắn). Nếu một ngày bạn không còn nhìn thấy chúng trên bầu trời, rất có thể đó cũng là lúc loài người, cùng vô số loài vật khác, sắp đi đến hồi tuyệt chủng.

1. Tại sao nước bay hơi ở nhiệt độ phòng?

Chúng ta luôn thích nghĩ về những sự vật trong thực tế theo cách đơn giản nhất và đỡ đau đầu nhất – mọi việc luôn ở nguyên một chỗ, trừ khi ta muốn nó biến đi cho khuất mắt. Nhưng ở mức độ phân tử, mọi chuyện diễn ra sôi động hơn nhiều. Các phân tử nước, như một bầy…phân tử hung hãn, luôn thích chen chúc giành giật chỗ ngồi. Khi có nhiều nước bốc hơi lên, chúng sẽ luôn có xu hướng đâm sầm vào các bề mặt và dính vào đó – đây là lý do tại sao có nhiều giọt chất lỏng trên thành ly bia lạnh của bạn.

Ngược lại, khi không khí trở nên khô hơn, các phân tử nước sẽ nhảy khỏi bề mặt để bay vào không khí, liên kết cùng các phân tử khác đang lềnh phềnh trôi nổi quanh đó. Quá trình này chính là sự bốc hơi. Nếu không khí đủ khô, sẽ có nhiều hơn các phân tử nhảy vào góp vui, cốc nước của bạn sẽ mất dần các phân tử nước, và cuối cùng, bạn chỉ còn lại một chiếc cốc trống trơn.

Khả năng di chuyển vị trí từ cốc nước vào không khí kể trên được ước tính thông qua áp suất hơi. Mỗi chất lỏng có một áp suất hơi khác nhau. Acetone – một loại chất tẩy sơn móng tay, có áp suất hơi rất cao, điều này đồng nghĩa với việc nó bốc hơi rất dễ dàng. Dầu ôliu, ngược lại, có áp suất hơi rất thấp, do đó, khả năng nó bay hơi ở nhiệt độ phòng là gần như bằng không.

Tham khảo: Howstuffworks