Mục lục
1. Tại sao tuyết có màu trắng?
Tuyết thật ra là nước đóng băng, và như chúng ta biết băng thì không có màu. Thế sao tuyết lại trắng?
Lý do là, mỗi bông tuyết được tạo thành bởi một số lượng lớn tinh thể nước đá. Những tinh thể này có nhiều mặt. Và sự phản quang của tất cả các mặt làm tuyết trông như có màu trắng.
Tuyết hình thành khi hơi nước trong bầu khí quyển đóng băng. Khi hơi nước đóng băng, những tinh thể nước đá trong vắt được hình thành. Luồng không khí làm cho các tinh thể này bay lên bay xuống trong bầu khí quyển. Khi các tinh thể chuyển dịch như thế, chúng bắt đầu bám quanh các hạt li ti nằm trong đám mây. Khi nhóm tinh thể đã đủ lớn, chúng từ từ rơi xuống mặt đất, ta gọi đó là những bông tuyết.
Những tinh thể làm thành một bông tuyết luôn luôn tự sắp xếp theo một cách đặc biệt. Hoặc là chúng xếp thành những ngôi sao lục giác hoặc là những đĩa mỏng có hình sáu cạnh, mỗi cạnh đều giống nhau.
Mặc dù các cạnh của bông tuyết giống nhau, nhưng hai bông tuyết lại không giống hệt nhau. Ta thường nghĩ rằng tuyết màu trắng. Nhưng đã có trường hợp không phải như vậy. Charles Darwin đã kể câu chuyện nổi tiếng như sau: Trong một cuộc thám hiểm, ông nhận ra có những con la càng ngày càng nhuộm đỏ khi chúng đi qua tuyết.
Tuyết có màu đỏ là do có một loài cỏ nhỏ xíu gọi là tảo algae, có sẵn trong bầu khí quyển khi tuyết rơi.
2. Tại sao những người xây đường hầm có thể đạt đến độ chính xác cao như thế bên dưới mặt đất?
Phương pháp tiêu chuẩn là đầu tiên phải tìm ra hướng bằng các phương pháp khảo sát địa hình bình thường từ trên bề mặt. Sau đó đặt các trục thẳng đứng vào trong ngọn đồi tới một độ sâu cần thiết. Chỉ sau đó việc đào bới mới bắt đầu từ cả hai đầu, đi theo các trục đó cùng với các chỉ dẫn về phương hướng từ trên bề mặt. Cách này thường được thực hiện khá tốt nhưng vẫn có thể có sai sót.
Những người xây dựng đường hầm dài 400m Saltersford, ở trên kênh Trent và Mersey cạnh Northwich, Chesire, đã không thực sự thành công trong việc làm hai đầu đường hầm gặp nhau ở giữa, kết quả là có một chỗ gấp khúc lớn trong đường hầm.
3. Tại sao các bọt khí do tàu thuyền tạo ra luôn luôn có màu trắng bất kể màu của nước biển là gì?
Lo Dòng nước xoáy tạo ra bởi hệ thống đẩy của con tàu và sự di chuyển của con tàu trong nước biển tạo ra vô số bọt khí. Các bọt khí này chứa các túi không khí nhỏ bao bọc bởi một lớp phân tử nước hình cầu, làm phát tán các tia sáng chiếu vào chúng. Và vì ánh sáng chiếu vào chúng là ánh sáng trắng, kết quả sẽ là một khối màu trắng cuồn cuộn, có thể trông thấy từ mọi hướng.
4. Tại sao các bánh xe quay lùi trong các cuốn phim?
Đó chính là một dấu hiệu của hiện tượng các cuốn phim được thu hình ở vận tốc 24 hình/giây. Nếu các bánh Xe cũng quay ở vận tốc 24 cây căm/giây, vị trí của một cây căm trong hình này sẽ được chiếm lấy bởi một cây căm khác trong hình kế tiếp, cho ta một hình ảnh không có gì thay đổi và các bánh xe dường như không chuyển động. Nhưng nếu bánh xe chuyển động ở vận tốc chậm hơn 24 cây căm/giây một chút, mỗi cây cắm sẽ không có đủ thời gian để đi tới vị trí vào lúc mà hình kế tiếp được quay và vì thế chỉ tới được phía sau cây cảm trong ảnh trước. Kết quả là các bánh xe trông như đang xoay lùi.
5. Tại sao khí helium làm cho giọng nói giống với tiếng kêu chít chít?
Hít khí helium vào cho phép bất cứ ai cũng gây được ấn tượng mạnh như vịt Donald trong một vài giây. Helium có tỉ trọng nhẹ hơn không khí khoảng bảy lần và vì là khí trơ, nó được cấu tạo từ các nguyên tử độc lập chứ không phải phân tử. Điều này làm cho âm thanh di chuyển qua helium nhanh hơn qua không khí gấp ba lần, làm tăng tần số cộng hưởng mà cổ họng của chúng ta có thể tạo ra khi nói, kết quả tạo thành tiếng nói chít chít. Tuy nhiên, có một lời cảnh báo: Helium không phải không khí và mặc dù nó rất nhẹ, nó vẫn có thể gây ra choáng váng và ngạt thở nếu bị ngăn cản thoát ra khỏi phổi.
6. Tại sao rãnh xoắn trong nòng súng cho phép viên đan đi xa hơn?
Được phát minh vào đầu thế kỷ XVI bởi các thợ làm súng châu Âu, các rãnh xoắn bên trong nòng súng làm cho viên đạn tự xoay quanh khi nó bị bắn ra dưới lực nổ, đạt được vận tốc quay hơn 150.000 vòng/phút.
Giống y như cách mà con quay chống lại sự nghiêng của trục xoay, viên đạn tự xoay còn ổn định hơn nhiều trong khi bay và ít có khuynh hướng rơi xuống. Kết quả là độ chính xác tăng lên, sức cản không khí giảm xuống và tầm bắn tăng lên.
Hiệu ứng tương tự cũng được sử dụng trong pháo hoa thăng thiên, với bộ thăng bằng bằng nhựa xoắn nhẹ lại, tạo ra lực xoay khi chúng bay lên.
Các tiền vệ trong môn bóng bầu dục cũng ứng dụng hiệu ứng “ổn định nhờ xoay” bằng cách thận trọng xoay quả bóng khi nó rời tay họ, bay thẳng tới mục tiêu và thường xuyên có một độ chính xác tới kinh ngạc.
7. Tại sao bạc hà làm hơi thở có cảm giác lạnh?
Chúng ta cảm nhận nóng và lạnh thông qua phản ứng kích thích ở đầu dây thần kinh cảm giác. Tại đây có các protein có thể thay đổi dòng ion vào và ra khỏi tế bào tùy theo nhiệt độ. Các nhà nghiên cứu ở Đại học California tại San Francisco, Mỹ gần đây đã phát hiện một loại protein như thế cũng bị tác động bởi menthol, chất chứa trong bạc hà. Ngậm bạc hà trong miệng sẽ giúp giải phóng đủ menthol lên các đầu dây thần kinh cảm giác để kích thích một phản ứng tương tự như khi uống nước lạnh và sẽ tạo ra một ảo giác như đang hít vào một làn hơi lạnh.
8. Tại sao hầu hết các tua bin năng lượng gió đều có ba cánh thay vì bốn?
Một lý do của việc ưu tiên cho ba cánh quạt thay vì bốn là vì chi phí: với bất kỳ kích thước tua bin nào, có ít 31 cánh quạt hơn thì giá thành cũng rẻ hơn.
Thẩm mỹ cũng là một vấn đề, bởi lẽ người ta thấy các vật thể ba cánh quạt đẹp mắt hơn là bốn cánh quạt. Tuy nhiên, vẫn còn một vấn đề nghiêm trọng hơn với bất kỳ tua bin nào có số lượng cánh quạt là số chẵn. Khi một cánh quạt đang hướng thẳng lên và chịu toàn bộ sức gió phía sau nó thì cánh quạt đối diện ở ngay bên dưới nó lại được che chắn bởi trục đứng - gây ra sự mất cân bằng rất lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng tới tính ổn định.
9. Có một cách định nghĩa chung nào cho bên phải và in a sig bên trái không?
Không chỉ có mỗi triết gia Immanuel Kant cảm nhận được chiều sâu bí ẩn của câu hỏi này, mặc dù ngay cả ông cũng sẽ bị bất ngờ bởi câu trả lời cuối cùng. Trong một bài luận ngắn được xuất bản vào năm 1768, Concerning the Ultimate Ground of the Differentiation of Directions in Space (Bàn về nền tảng cuối cùng của việc phân biệt phương hướng trong không gian), Kant đã chỉ ra rằng có đôi điều kì lạ về việc thuận tay trái hay tay phải. Thông thường, khi chúng ta nói hai vật thể là “khác nhau, ta hàm ý rằng việc đo lường các đặc điểm của chúng sẽ cho các giá trị khác nhau, ví dụ như rộng lớn hơn hay nặng hơn. Do đó, việc chứng tỏ hại vật là khác nhau thì khá dễ dàng. Tuy nhiên, làm sao chúng ta mô tả sự khác biệt trong việc thuận tay trái hay tay phải? Chúng ta đều biết rằng tay trái khác tay phải nhưng làm sao bạn giải thích được sự khác biệt này cho một dân tộc xa lạ, những người không thể nhìn thấy chúng? Sự thuận bên trái hay phải rõ ràng là những tính chất cơ bản của vật thể (thật vậy, ngay cả bản thân sự sống cũng phụ thuộc vào tính thuận chiều của DNA amino axit) cho nên chắc chắn phải có một tiêu chuẩn chung để dựa vào đó chúng ta có thể định nghĩa bên phải và bên trái?
Có một tiêu chuẩn như thế, và nó được chôn giấu trong chính cấu trúc của vũ trụ. Khái niệm mơ hồ về sự tồn tại của nó đã nổi lên lần đầu tiên vào năm 1918 khi nhà toán học Emmy Noether minh họa một sự liên kết sâu sắc giữa khái niệm toán học về tính đối xứng và các định luật bảo toàn, chẳng hạn như sự bảo toàn năng lượng trong vật lý. Định lý Noether tạo một cầu nối giữa tính chất toán học không thay đổi - ví dụ: sự đối xứng giữ cho mọi vật giống hệt nhau khi nhìn qua một tấm gương: Với tính chất vật lý không đổi. Nó cũng cho ta manh mối về nơi có thể tìm thấy một tiêu chuẩn phổ quát cho sự thuận tay.
Vì nếu không có một cách tuyệt đối để phân biệt bên trái và phải, vũ trụ của chúng ta sẽ có một sự đối xứng căn bản giữa bên trái và bên phải; và theo định lý Noether, các định luật bảo toàn trong vật lý luôn luôn đúng. Vào giữa những năm 1950, các nhà vật lý đã phát hiện rằng điều này không phải như vậy: Các hạt được sinh ra từ một hạt nhân phóng xạ không tuân theo định luật bảo toàn có liên quan tới sự đối xứng trái phải. Do đó, chúng ta đến được một kết luận khá lạ lùng rằng thực sự có một tiêu chuẩn phổ quát cho bên trái và bên phải nhưng nó chỉ có thể được phát hiện bằng cách nghiên cứu chuyển động của một số hạt nhân nguyên tử nào đó. Và việc Kant có thể sử dụng riêng lý lẽ để hiểu được rằng câu trả lời cho câu hỏi đơn giản này là rất căn bản, chắc chắn là một sự chứng thực cho thiên tài của một nhà triết học.