Tạp chí vật lý và tuổi trẻ số 214 tháng 6 năm 2021

Tạp chí vật lý và tuổi trẻ số 214 tháng 6 năm 2021

fon enemas oc See ea eer Goce eet ects Souci

Nhiệt độ không kh làt,= 25.2", độ

dim tương đãi @ =71,0% Ap suất Khí quyền được

đối là không đổi và bằng P4 ~ 00 x 10772

b) Tìm thể tích khong khi di qua

“được trong thấp ngưng 10 llt nước

không khí khi đi ra khỏi tỒóp là fị

Giải, a) Để xác định nhiệt độ điểm sương í¡

PIE ()

in

giải phương trình /j,)=

xay

Đầu tiên, ta lâm gân đúng, giả sử rằng a al

Dé xac dinh Pf) doi voi giá trị nhiệt độ lẻ, ta sử

dụng nội suy tuyển tỉnh

P2%5)= aes hee ere

Từ đây tính áp suất riêng phan của hơi nước

PU) =9F.(t,)=2319 Pa

Tir bang, ta nhận thấy rằng điều này tương ứng

với áp suất hơi bão hòa ở vùng nhiệt d6 tr 19°C

tới 20%C Trong vùng nhiệt độ này, sự phụ thuộc

của áp suất hơi bão hòa được tính gần đúng bằng

Do đó, nhiệt độ điểm sương yêu cầu là

b) Sự ngưng tụ bắt đầu ở nhiệt độ + =19,6°C-

vả kết thúc ở nhiệt độ +; =15,0°C (hơi nước vẫn

bão hòa trong khoảng nhiệt độ này) Khối lượng

Tiếng cúa hơi nước có thẻ được tính bằng oe

7 - Do đó, sự thay đổi khối lượng

Tiêng của hơi nước là

831 (293 288

=4,05x10'” kg-m'`

Như vậy, giá trị này cho biết có bao nhiều nước

thoát ra từ một mét khối không khí Vì toàn bạ

nước lấy được là m= 10kg, do đó thẻ tích khí đị

go vào năm 1968 đã dự đoán lÿ thuyết vẻ sự tàn

tại của môi trường có chiết suat dm (n < 0) Cho

từ không ÄhÍ tới mặt phân cách với siêu vật

liệu có chiết suất âm, tia khuác xạ của nó ở cùng

một phía của pháp tuyển so với tia tới, trong khi

đi vật liệu có chiết suất dương, tủa khúc xạ và tia tới nằm ở hai phia của pháp tuyén

Hình Ic biểu điền sơ đỗ đo chiễt suất của một

Jogi siêu vật liệu cỏ cấu trúc lưới xếp lớp Anh

sáng từ nguồn laser có bước sóng À có thể điều chỉnh được chiếu xong song với quang trực của một hệ vó tiêu pm hai thấu kinh hội tụ Thị kính

có tiêu cự ƒy = 40mm, hình ảnh được ghi lại bằng camera điện tử đặt tại tiêu diện của thị kính Khi chưa đặt mẫu, hình ảnh quan sát được là một

chấm sáng Mẫu vật là một lăng kinh làm từ siêu

vật liệu, có bê dày chỉ cỡ mlcrameter, góc chiết

quang Khí đặt mẫu vào tiêu điểm chung của

hai thâu kính thì vị trí chẳm xắng bị địch đĩ một đoạn ồ Khi cho 3 thay đổi thì vị trí

z di chuyén theo (hình 2) Chiết suất của hai thâu kính không phụ thuộc vào bước sóng Trên hình 2 có các đường thăng phụ ứng với vị trí

của chẳm sáng khi chưa đặt mẫu ín = 1) và với

a) Xác định góc chiết quang của lãng kinh

b) Xác định các giá tị chiết suất của siêu vật

liệu ứng với các bước sóng 1200nm, 1350nm,

a “Nước” làm từ siêu vật liệu có chiết suất

n=-1", Nguoi quan sát theo phương pháp tuyểm

vai mat nude mot con

cả (trên hình vẽ biểu

điển bằng mũi tên)

dang boi song song

với mặt nước ở độ sâu:

4“ từ mặt nước Kích

thước con cá s ~ a,a'

Trong moi trường

hop sau, a> a’ va.a

<a’, bang cdch dung

tanØ=ð,(/ (3)

Ding thước kẻ đo khoảng cách giữa bai đường, thing cũng như bề rộng ô ảnh, dùng tỷ lệ suy ra

3; ~3,5 mm Thay vào (3) tính được Bes,

b) Sau khi có = 5°, tiếp tục sử dụng (3) và lan

lượt đo các khoảng cách 8,,5;, 84.54 Tir day tinh

ra n,=0,65, n, +05, ™% 0,25 va n, = 1,25 với sai số +0,1

e) Lấy ảnh đối xứng (thường) của mắt qua mặt

nước, từ đó kẻ đường thẳng tới đầu mũi tên rồi kéo dài tới khi chạm mặt nước Từ đó kẻ đường

thắng tới mắt, đó chính là đường truyền ảnh sáng

tới mắt, Nếu kéo dai tia sáng này cát đường kéo dài của vật cho ta ảnh (Hình 4)

từ đây suy ra độ bội giác m=t= 2% @ asa

Hoàn toàn tương tự phần trước Chỉ khác là lần

này ảnh và vật ngược chiều nhau (Hình 5)

Câu 1 Một lò xo nhẹ có chiều dài tự nhiên là

1= 40 cm được treo thằng đứng với đầu trên cố

định, đầu dưới gẵn vào vật nhỏ có khối lượng

00g Người ta dán vào phía dưới zm; vật nhỏ

thứ 2 có khối lượng mụ = mạ Khi hệ vật cân bằng,

lò xo có chiều dài / = 44cm Lay g = x? = 10m/s*,

Nâng hệ vật theo phương thẳng đứng đến khi

lò xo có chiều dài 3§cm rồi thả nhẹ Biết m; rời

khỏi mụ khi lực căng giữa chúng đạt tới 3,5N

Sau khi 2 vật tách rời nhau, khoảng cách giữa

b)Viết lại các định luật bảo toàn động lượng theo

các phương song song và vuông góc với phương

của photon ban đầu:

p.cosa + p'0sÖ= p

p.sina = p'sinØ'

Che ban có lời giải đúng: Nguyễn Phúc Hưng Nguyễn Tuấn

Anh, Ha Monh Dương, 11 Lý; THPT Chuyên Hùng Vương,

Phú Thọ, VÕ 7nrơng Thiên Kỳ, 11L Lý, THPT chuyên Lương

‘Vin Chink, Phú Yên; Lé Chi Hidu, DAI, THPT Lê Xosy,

'Vĩnh Phúc; Nguyễn du: Thạch, 11 Lý, THPT Chuyên Lê

Hing Phong, TPHCM:; Vi Ngoc Long 1) Ly, THPT Chuyên

“Chuyên Võ Nguyên Giáp, Quảng Bình, Phạm Trung Kiến 1Ì

Ly THPT Chuyén Trin Phú, Hải Phòng-

86214 thang 6 - 2021

_ VẬY LÝ & TUỔI TRÉ

mm, và m; tại thời điểm mị tới vị trí lò xo dân cực

đại lẫn đầu tiên bằng

A.l,53em — B.6,20cm Câu 2.Tai mot nơi trên Trá hai con lắc đơn

đang dao động điều hòa Gọi mụ, Sọi: 1s Fy vam

và của con lắc thứ hai Biết 3l; =2h 3#; =2%„ VÀ

Câu 3.Trên một sợi dây đàn hồi rất dài có một

sóng ngang hình sin truyền theo chiều dương của trục Ox Hình ảnh của một đoạn dây có hai đi

M và N tại hai thời điểm ¢, và ứ; được biểu diễn

trên hình

(mm)

20 15,3

Cima

At=t, 4 =0,05s <T (voi T là chụ kì sóng)

Tốc độ dao động cực đại của một phần tử trên đây

gần nhất với giá trị nào dưới đây?

A.024m/s B.0,34m/s C.0,52m/s DD,36 m/s

At lòng, hai nguôn ket hgp A, B dao động

điều hòa theo phương thẳng đứng, cùng pha, cùng tin s6, Biét 4B = 112, voi 2 la bude sóng làm thí

nghiệm Ở bề mặt chất lỏng, xét đường tròn tâm

A, ban kinh AB, điểm M nằm trên đường tròn dao

động với biên độ cực đại cách đường trung trực

của AB một đoạn lớn nhất là b Giá trị của b gần nhất với giá trị nào sau đây?

Câu § Đặt điện áp xoay chiều có điện áp hiệu dụng và tần số không đỏi vào hai đầu đoạn mạch

AB gồm hai đoạn mạch nối tiếp: đoạn AM gồm điện trở # =10/3Q mắc nói tiếp với cuộn dây

15

'VẬT LÝ & TUỔI TRÉ

Theo hai nhà sir hoc Robert Friedel va Paul Is-

rael, cỏ 22 nhà phát minh đã từng công bố các

thiết kế đèn sợt đốt trước Joseph Swan va Thom-

‘as Edison (1847 ~ 1931), Tuy nhiên, họ cũng kết

luận rằng phiên bản đèn sợi đốt (được sản xuất

"hàng loạt từ năm 1880) của Edison có hiệu quả

hơn hẳn các phiên bản khác, Do thiết kế này kết

hợp ba yếu tổ: vật liệu làm sợi đốt hiệu quả hơn,

không gian bên trong bóng đèn được giữ ở độ

chân không cao hơn các phiên bản khác (bằng,

cách sử dụng bơm Sprengel) và đây tóc có điện

trở cao hơn nên độ sụt thể trên dây tóc cao hơn

nhiễu trên đây dẫn từ nguồn điện tới đèn vì vậy

it bj t6n hao năng lượng trên dây dẫn so với các

loại đèn sợi đốt trước đó

Ngày nay, một số quốc gia và vùng lãnh thổ

như Liên mình Châu Âu, Thụy Sĩ, Cộng hòa

Nhân dan Trung Hoa, Úc, Mỹ đã quyết định

từng bước dừng sản xuất và phân phối các

bóng đèn sợi đốt có hiệu quả sử dụng năng

lượng thấp Với lí do là đèn sợi đốt tiêu tốn

năng lượng lớn mà hiệu quả phát sáng không

cao, chỉ đạt khoảng 10-22 lumen/watt so với

61-140 lumen/watt của đèn LED trắng

3 Đèn sợi đốt và các định luật vật lí

Tuy việc sử dụng bóng đèn sợi đốt đã dân lùi vào

đi văng để nhường chỗ cho những nguồn sáng

khá có hiệu năng cao hơn nhưng bóng đèn sợi

đốt vẫn là đối tượng thú vị để nghiên cứu đối với

học sinh phổ thông Đèn sợi đốt sử dụng hiện

tượng nóng sáng của kim loại nên cho phổ ánh

sáng liên tục, đo vậy các thí nghiệm với đẻn sợi

đốt sẽ giúp cho học sinh hiểu thêm nhiều hiện

tượng vật lí thú vị như phổ phát xạ của vật đen

tuyệt đối, sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt

độ Trong bài báo nảy chúng tôi mong muốn

giới thiệu một vài bài thí nghiệm sử dụng bóng,

đèn sợi đốt là đối tượng chính để nghiệm lại một

số định luật vật lí quen thuộc

3 Bộ thí nghiệm nghiên cứu đèn sợi đốt

Bộ thí nghiệm khảo sát bóng đền sợi đất được

cung cấp bởi HoaGiay Experiment

» Thiết bị chính bao gồm một đèn sợi đốt cần tìm

hiểu, một nguôn điện không đổi mà hiệu điện thể

» BO diy ndi gdm 10 sợi có đường kính chốt

umy) | 1s | 248 | 2x1 | 335 | 354 Uma) | 413 | 878 | 11.75 | 1238

| Uimv) | 114.3 | 128.4 | 157.2 | 1732 | 261.7 |

| Mma) | 35.22 | 38.24 | 43.6 _| 45.75 | 55.39

Lm) | 804 920 1004 1169 126%

uma) | 348 | 905 | 942 | 1014 | 1056 Lm) | t9§6 | 2113 | 2388 | 3514 | 2740

đm4) | 133$ | 138.3 148 1523 |1397

Âm) | 3896 | 4403 4255 | 4444 | 4680 Ama) | 194.3 | 200_| 204.2 | 209.2 | 215.3 vin | ai | 457 | 557 | 61 | 683

veer LÝ & TUỔI TRE

được quỳ đạo của các hành tỉnh Ông khẳng

clip với mặt trời là một trong hai tiêu điểm của

nó, và xác định một số quy tắc mà các quỹ đạo

đó tuân theo, chẳng hạn như bình phương thời

gian để một hành tỉnh quay trọn một vòng quỳ

đạo tỷ lệ thuận với lập phương khoảng cách

trung bình của nó tới mặt trời, Theo một nghĩa

nảo đó, các định luật của ông là những mô tả

rất đẹp và cô đọng về cách thức chuyên động

của các hành tỉnh trong không gian, nhưng

theo một ý nghĩa khác, thì chúng chỉ là những

quan sat trồng rồng, không lý giải được lý do

tại sao lại phải đi theo những quỹ đạo đó

Halley và hai đồng nghiệp của mình ngờ rằng

các định luật của Kepler ân chứa chân lý nào đó

sâu sắc hơn Đặc biệt là họ phỏng đoán rằng tắt

cả các định luật Kepler sẽ đúng nếu giả định rằng

mặt trời kéo mỗi hành tỉnh về phía nó bằng một

lực tỷ lệ nghịch với với bình phương khoảng cách

tới hành tinh, một dạng toán học gọi là “định luật

bình phương nghịch đảo”

Việc một lực phát ra theo mọi hướng từ một

vật thê ở xa giống như mặt trời giảm dần theo

tỷ lệ với bình phương khoảng cách tới vật đó

có thể suy ra từ hình học Hãy tưởng tượng

một quả cầu không lồ lớn tới mức mặt trời

chỉ như một chấm nhỏ ở tâm của nó Tắt cả

các điểm trên bề mặt của quả cầu sẽ cách đều

để tin vào điều gì đó khác, thì có thể dự đoán

rằng ảnh hưởng vật lý của mặt trời - mà về cơ

bản là “trường lực” của nó ~ sẽ trái đều trên

mặt cầu này

hãy hình dung một hình cầu khác lớn gấp

hai lần, chẳng hạn Định luật vẻ hình học cho ta

biết rằng bán kính hình cầu lớn gấp đôi sẽ cho

điện tích bề mặt lớn gắp bốn lần, do đó lực hấp

dẫn của mặt trời giờ sẽ được trải rộng trên diện

tích gấp bốn lần Điều đó có nghĩa là tại bắt

kỳ điểm nào trên mặt cầu lớn hơn đó, sức hút

của mặt trời sẽ mạnh chỉ bằng một phần tư so

với trước Đó chính là “định luật bình phương

nghịch đảo” mà ta nói ở trên - khi bạn đi ra

xa hơn, lực sẽ giảm theo tỷ lệ với bình phương

Halley và các đồng nghiệp của ông ngờ rằng

định luật bình phương nghịch đảo ấn giấu phía

sau các định luật của Keppler nhưng liệu họ có thể chứng minh được điều đó không? Một trong,

số họ là Rober: Hooke khẳng định là có thể

Người kia là Christopher Wren, mot kiến trúc sư đồng thời cũng là nhà thiên văn học nỗi tiéng,

người đã hứa sẽ trao cho Hooke giải thưởng

nếu ông ta làm được điều đó, Hooke đã từ chối

'Vốn là người nỗi tiếng có tính cách ngược đời,

nhưng nguyên cớ mà Hooke đưa ra khả đáng

ngờ: Ông nói là mình không muốn tiết lộ chứng

mình của mình cho người khác, vì không giải

quyết được vấn để sẽ khiến cho độ khó của nó

được đánh giá cao hơn Có lẽ Hooke đã thực sit giải được bải toán này Cũng như có lẽ ông đã

chế tạo được phi tiêu có thể bay tới Sao Kim

Diu thé nao thì ông đã không bao giờ công bố

chứng minh của mình

Bảy tháng sau cuộc gặp gỡ đó, Halley đến

Cambridge và quyết định tìm gặp giáo sư

cô độc Newton Giống như Iooke, Newton

nói rằng ông đã hoàn thành việc chứng mình

phỏng đoán của Halley Và cũng giống Hooke,

ông đã không đưa ra được lời giải của mình

Lue loi trong đồng giây tờ nhưng không tìm

thấy, ông hứa sẽ tìm và gửi cho Halley sau

Nhiều tháng đã trôi qua và Halley vẫn không nhận được gì Người ta không thê không băn khoăn tự hỏi Halley sẽ nghĩ gì khi đi hỏi hai

người đản ông thông thái rằng họ có thể giải

*tôi biết câu trả lời nhưng tôi không n

người kía thì nói *chó đã ăn mắt bài tập về nhà

của tôi rồi” Vậy là Wren chẳng có ai để trao

phần thưởng ca,

Newton da tim thấy chứng minh ma ông tìm kiếm, nhưng khi kiểm tra lại lần nữa, ông phát

hiện có sai sót Song Newton không bó cuộc -

ông nghiên cứu lại ý tưởng của mình và cuối

cùng đã thành công Tháng II năm đó, ông gửi cho Halley một chuyên luận dài 9 trang chứng minh răng tắt cả ba định luật Keppler

đều là hệ quả toán học của định luật hấp dẫn

bình phương nghịch đảo Ông đặt cho tiểu luận ngắn này tên là De Motu Corporum in

25

Hãy hình dung chia thời gian thành từng khoảng

nhỏ Ở mỗi khoảng, vật chuyển động theo quỹ đạo

có thể được coi như chuyển động một chút theo

tiếp tuyển nhưng đồng thời cũng chuyển động mộ!

chút hướng tâm Kết cục của cả hai chuyển động

đó là sẽ đưa vật trở lại quỹ đạo, nhưng đã nhích

một chút đọc theo đường tròn so với chỗ mà nó

xuất phát Tiếp tục lặp đi lặp lại nhiều lần như thé

cho đến khi tạo thành một quỹ đạo giống như vòng

tròn răng cưa Tuy nhiên, nêu các khoảng thời gian

đó là đủ nhỏ, thì đường đi của vật có thẻ được làm

cho rất gin với vòng tròn, gắn bao nhiêu tùy ý và

nêu các khoảng đó là vô cùng bé thi đường đi sẽ

thực sự là một vòng tròn

Đó chính xác là sự mô tả các quỹ đạo mà toán học

mới của Newton ~- tức môn giải tích - cho phép

ông tạo ra Ông đã ghép nên một bức tranh hoàn

chính trong đó một vật chuyển động trên quỹ đạo

đồng thời dịch chuyển theo phương tiếp tuyến và

“rơi” vào tâm, tạo nên một đường răng cưa, và sau

đó ông lấy trường hợp giới hạn trong đỏ các đoạn

của đường răng cưa trở nên vô cùng nhỏ Điều đó

đã thực sự đã làm cho đường răng cưa lớm chớm

trở nên nhẫn mịn thành một vòng tròn Với cách

nhìn nảy, chuyển động quỹ đạo chăng qua chỉ là

chuyển động của một vật liên tục bị lệch khỏi

phương tiếp tuyến do tác dụng của một lực

kéo nó về phía tâm Chứng minh này đầ vượt

qua được thứ thách: nhờ sử dụng định luật

bình phương nghịch đảo để mô tả lực hưởng

tâm trong toán học về các quỹ đạo của mình,

Newton đã tìm lại được ba định luật Kepler

như Halley đẻ nghị

Việc chứng minh rằng sự rơi tự do và chuyển

động quỹ đạo là hai trường hợp đều bị chỉ phôi

bởi cùng các định luật vẻ lực và chuyên động là

một trong những chiến công vĩ đại nhất của New-

ton, bởi nó một lần và vĩnh viễn bác bỏ tuyên bố

của Aristotle cho rằng thiên đàng và trái đất tạo

thành hai côi giới khác nhau Nếu các quan sát

thiên văn của Galileo cho thay đặc điềm của các

hành tỉnh khác rất giống với trái đất, thì công

trình của Newton chứng tỏ các định luật của tự

nhiên cũng áp dụng được cho các hành tỉnh khác

chứ không chỉ riêng cho trái đắt

Ý tưởng cực kỳ quan trọng cho rằng lực hắp dẫn

là phố quát đường như đã được Newton chợt

ngộ ra khi ông xem xét lại các ban nhap dau

tiên của cuốn Các nguyên lý Trước đây, nếu

các nhà khoa học có ngờ ngợ rằng các hành

tinh tạo ra lye hap dẫn, thì họ tin rằng lực đó

chỉ ảnh hưởng đến các mặt trăng của chúng

chử không phải đến các hành tính khác, cứ

như mỗi hành tinh là một thể giới riêng biệt

tuân theo các quy luật riêng của chính nó

Thực tế, chính Newton là người đã bắt đâu

bằng việc nghiên cứu xem liệu nguyên nhân khiến các vật rơi xuống mặt đất cũng có thê

lý giải được lực kéo của trái đất đối với mặt

trăng, chứ không phải lực kéo của mặt trời đổi với các hành tinh hay không Cuối cùng, mặc

dù ông bắt đầu đặt nghỉ vấn lỗi tư duy thông

thường và đề nghị một nhà thiên văn người Anh cung cấp đữ liệu liên quan đến sao choi

năm 1680 và 1684, cũng như vận tốc quỹ đạo

của Mộc tinh và Thẻ tỉnh khi chúng tiến lại

gần nhau Sau khi thực hiện một số tính toán cực kỳ mệt mỏi dựa trên dữ liệu rất chính xác

đó và so sánh kết quá, ông đã xác tin rang định luật hấp dẫn mà ông phát minh ra có thể áp

dụng ở mọi nơi và bản thảo mà ông chỉnh sửa

và cho công bố đưới tựa đẻ Các nguyên lý đã

phản ánh điều đó

Điểm mạnh của các định luật của Newton

không chỉ nằm ở các khái niệm mang tính

cách mạng mà với chúng, ông còn có thể đưa

ra dự đoán với độ chính xác chưa từng có và

so sánh chúng với kết quả thí nghiệm Chẳng

hạn, sử dụng đữ liệu về khoảng cách của mặt

trăng và bán kính trái đất và tính đến cả những

chỉ tiết vụn vặt khi quỹ đạo của mặt trăng biến

dạng do lực kéo của mặt trời, lực ly tâm đo

chuyển động quay của trải đất và sự sai lệch

hình dạng của trái đất so với một hình cầu

hoàn hảo, Newton kết luận rằng, ở vĩ độ Paris,

một vật rơi trong giây đầu tiên sẽ rơi xuống

15 feet và một phần tám inch Điều này, New-

ton vốn tỉ mỉ đã ghi chép lại, so với các thí

nghiệm còn chính xác hơn 13.000 Hơn thê

(Xem tiếp trang bìa 4) œ

Sưu tầm: Nguyễn Ngọc Hùng —- THCS Hoàng Xuân Hãn, Đức Thọ, Hà Tĩnh