1001 thắc mắc: Viên đạn hay tiếng nổ ‘chạy’ nhanh hơn?

Tốc độ viên đạn khi đi ra khỏi nòng s.úng là 900 mét/giây, âm thanh ở nhiệt độ bình thường có tốc độ truyền đi là 340 mét /giây. Vậy phải chăng viên đạn bay nhanh sẽ về đích sớm hơn tiếng nổ?

Không hẳn như thế. Bởi vì trong quá trình bay viên đạn không ngừng ma sát với không khí, tốc độ của nó ngày càng chậm, còn tốc độ của âm thanh trong không khí trên một đoạn đường không quá dài thì thay đổi rất ít. Như vậy, muốn biết cái gì chạy nhanh hơn, ta hãy xem cuộc chạy đua giữa chúng.

Ở giai đoạn thứ nhất, 600 mét sau khi viên đạn rời khỏi nòng s.úng, tốc độ bay trung bình của đạn là khoảng 450 mét/giây. Viên đạn bay nhanh hơn âm thanh nhiều, luôn luôn đi trước. Ở khoảng cách này, nếu nghe thấy tiếng s.úng thì viên đạn đã bay qua bạn từ lâu về phía trước rồi.

Giai đoạn thứ hai, trong khoảng từ 600 đến 900 mét, sức cản của không khí đã làm cho tốc độ của viên đạn giảm đi rất nhiều, âm thanh dần đuổi kịp nó, hai bên hầu như kề vai nhau chạy tới đích 900 mét.

Giai đoạn thứ ba, từ 900 mét trở đi, viên đạn càng bay càng chậm, âm thanh sẽ vượt nó. Đến chỗ 1.200 mét thì viên đạn đã mệt tới mức sức cùng lực kiệt, không thể bay nổi nữa, âm thanh sẽ chạy xa lên phía trước. Lúc này, nếu bạn nghe thấy tiếng s.úng và tiếng vèo vèo thì viên đạn còn chưa tới trước mặt bạn.

Kết quả cuộc thi là viên đạn chỉ giành chức quán quân trong phạm vi 900 mét đầu tiên mà thôi.

Trái đất quay nhanh hơn tốc độ âm thanh sao ta lại không cảm nhận được?

Chu vi của trái đất là hơn 4000km, cứ mỗi 24h, trái đất lại quay được một vòng hoàn chỉnh. Từ đó có thể suy ra tốc độ quay của trái đất vào khoảng 1.657km/h, tức là nhanh hơn cả vận tốc âm thanh (1.236km/h). Đó là một con số khủng khiếp. Dựa trên hệ quy chiếu là tâm trái đất thì mọi thứ đứng yên trên mặt đất tại vùng xích đạo đang đi với vận tốc 465m/s.

Quay nhanh như vậy sao ta không cảm nhận thấy?

Sự chuyển động của vật thể trong không gian chỉ mang tính tương đối. Con số tốc độ xoay của trái đất được tính dựa trên hệ quy chiếu là tâm trái đất để tính vận tốc của một điểm nằm trên đường xích đạo của trái đất, đó là mức chênh lệch vận tốc giữa 2 điểm này. Đối với một người đứng trên bề mặt trái đất thì cả người đó và điểm mà người đó đứng bề mặt trái đất đều được di chuyển cùng nhau, cùng vận tốc và gia tốc trong không gian. Nếu lấy hệ quy chiếu là 1 trong 2 thì cả 2 sẽ đều đứng yên.

Mở rộng ra hơn một chút, nếu lấy tâm mặt trời là hệ quy chiếu và tâm trái đất là điểm để đo vận tốc thì trái đất đang xoay quanh mặt trời với vận tốc 30km/s. Xa hơn chút nữa, nếu chúng ta lấy tâm thiên hà Milky Way thì ngay lúc này, hệ mặt trời đang xoay quanh nó với vận tốc 220km/s. Rõ ràng đây là những con số khủng khiếp hơn tốc độ xoay của trái đất rất nhiều.

Tuy nhiên chúng ta vẫn sẽ không cảm nhận thấy đâu vì ngay lúc này cả bản thân chúng ta và môi trường xung quanh đều cùng di chuyển trong không gian với cùng gia tốc và vận tốc với nhau.

Vận tốc của chúng ta với môi trường bằng không và ngược lại. Chính vì thế nên cho dù trái đất, hệ mặt trời hay Thiên Hà của chúng ta có xoay nhanh hơn nữa thì chúng ta cũng sẽ chẳng cảm nhận được.