Bạn đã bao giờ thấy ai đó "chơi nhạc" bằng cách miết ngón tay ướt quanh miệng một chiếc ly thủy tinh và tạo ra âm thanh trong trẻo, ma mị chưa? Trò ảo thuật ấn tượng này thực chất là một màn trình diễn vật lý ngoạn mục. Hãy cùng khám phá bí mật khoa học đằng sau câu hỏi vì sao ly nước phát ra âm thanh nhé!
Âm thanh từ ly nước phát ra từ đâu?
Âm thanh bạn nghe được bắt nguồn từ những rung động cực nhỏ. Khi bạn miết ngón tay ướt quanh miệng ly, một hiện tượng gọi là "dính-trượt" (stick-slip) sẽ xảy ra. Hãy tưởng tượng nó giống như tiếng rít của giày thể thao trên sàn bóng rổ.
Đầu tiên, ngón tay của bạn hơi "dính" vào thành ly do ma sát. Khi bạn tiếp tục đẩy, áp lực làm thành ly biến dạng một chút rồi "trượt" đi, sau đó lại "dính" lại.
Quá trình dính-trượt-dính-trượt này lặp lại hàng trăm lần mỗi giây, tạo ra một rung động ổn định. Chính những rung động li ti này là khởi nguồn cho sóng âm, nhưng chúng còn quá yếu để chúng ta có thể nghe rõ.
>>> Xem bài viết này: Tìm hiểu về năng lượng: Vì sao một con lắc có thể dao động qua lại?
Hiện tượng cộng hưởng tạo ra âm thanh trên ly nước ra sao?
Những rung động ban đầu rất nhỏ, vậy làm thế nào chúng trở thành âm thanh du dương? Câu trả lời nằm ở "hiện tượng cộng hưởng". Mọi vật thể đều có một tần số rung động tự nhiên, giống như mỗi chiếc xích đu đều có một nhịp điệu đu đưa riêng.
Khi tần số rung động từ ngón tay của bạn trùng khớp với tần số rung động tự nhiên của chiếc ly, hiện tượng cộng hưởng xảy ra.
Hãy tưởng tượng bạn đang đẩy một người trên xích đu. Nếu bạn đẩy đúng nhịp (đúng tần số tự nhiên), chiếc xích đu sẽ bay cao hơn rất nhiều mà không tốn sức. Tương tự, chiếc ly "bắt" được đúng nhịp rung từ ngón tay bạn và bắt đầu rung động mạnh hơn rất nhiều.
Rung động mạnh này làm cho các phân tử không khí xung quanh cũng rung động theo, tạo ra sóng âm đủ lớn truyền đến tai chúng ta. Đây là một nguyên tắc cốt lõi trong âm thanh học.
>>> Khám phá kỹ hơn: Vì sao ấm nước lại kêu to trước khi sôi và im lặng khi sôi bùng lên?
Tại sao lượng nước trong ly lại quyết định cao độ của âm thanh?
Đây chính là phần thú vị nhất, biến chiếc ly của bạn thành một nhạc cụ thực thụ! Cao độ của âm thanh (trầm hay bổng) phụ thuộc vào tốc độ rung của chiếc ly. Lượng nước bên trong sẽ quyết định tốc độ này.
- Ly ít nước (âm cao, nốt bổng): Khi có ít nước, tổng khối lượng của hệ thống (ly + nước) nhỏ. Vì nhẹ hơn nên thành ly có thể rung động rất nhanh. Rung động nhanh tạo ra tần số cao, và tai chúng ta cảm nhận đó là một nốt nhạc cao, thanh thoát.
- Ly nhiều nước (âm trầm, nốt bổng): Khi bạn đổ thêm nước, bạn đã thêm khối lượng vào hệ thống. Chiếc ly bây giờ phải làm cả khối nước nặng bên trong rung động theo. Vì "nặng" hơn, nó sẽ rung động chậm hơn nhiều. Rung động chậm tạo ra tần số thấp, và chúng ta nghe được một nốt trầm, ấm.
Đây là một thí nghiệm ly hát mà bạn có thể dễ dàng thực hiện. Hãy thử sắp xếp vài chiếc ly với lượng nước khác nhau và bạn sẽ có cả một dàn nhạc giao hưởng rồi đấy!
Vậy là bạn đã biết vì sao ly nước phát ra âm thanh. Đó là sự kết hợp tuyệt vời giữa ma sát, sự cộng hưởng khuếch đại và khối lượng của nước. Khoa học đã biến một vật dụng bình thường thành một nhạc cụ kỳ diệu.
>>> Đọc để hiểu thêm: Lò năng lượng mặt trời tập trung tia nắng để nấu chín thức ăn ra sao?