Những khái niệm, hiện tượng vật lý khô khan, khó hiểu sẽ trở nên thật dễ dàng và thú vị hơn với các thí nghiệm tuyệt vời này.
Vật lý nói riêng và khoa học nói chung là những vấn đề tương đối khô khan, khó nhằn và thường không được hấp dẫn cho lắm.
Nhưng đó chỉ là khi bạn không được trực tiếp làm những thí nghiệm khoa học thôi. Nếu không tin, những thí nghiệm cực cool dưới đây sẽ chứng minh cho bạn thấy khoa học vật lý thú vị như thế nào. Và biết gì không, những thí nghiệm này bạn hoàn toàn có thể làm tại nhà.
1. Hiểu khái niệm về nhiệt độ – áp suất bằng thí nghiệm trứng… tự chui vào lọ
Đặt một quả trứng – bất kể luộc rồi hay chưa luộc – lên miệng chai, bạn nghĩ nó có chui vào được không? Câu trả lời là đây.
Thí nghiệm đơn giản với quả trứng và lọ thủy tinh.
Thế nhưng, chỉ cần thả một mảnh giấy đang được châm lửa 1 đầu qua miệng chai rồi mới đặt quả trứng luộc lên, kết quả lại khác hẳn.
Cho một mảnh giấy được châm lửa vào trong lọ thủy tinh.
Nguyên nhân là khi đặt một nguồn nhiệt vào bên trong miệng chai, các phân tử không khí di chuyển hỗn loạn và có xu hướng tách nhau ra. Hơn nữa, nguồn nhiệt tăng lên sẽ đẩy áp suất trong chai lên cao, và luồng không khí sẽ di chuyển ra ngoài.
Sau đó, đặt quả trứng lên miệng lọ và chờ đợi hiện tượng thú vị sẽ xảy ra.
Tuy nhiên khi đặt quả trứng vào miệng chai, không khí lúc này sẽ bị chặn lại. Oxy trong bình thì có hạn, nên lửa sẽ tắt. Việc lửa tắt sẽ kéo theo nhiệt độ hạ xuống, áp suất giảm, và cuối cùng quả trứng bị hút tụt vào trong. Hiện tượng này cũng giống như khi bạn đi giác hơi vậy.
Không chỉ trứng, chúng ta có thể hút bất kỳ thứ gì vào trong, miễn là nó có độ đàn hồi đủ để chịu biến dạng.
Sau khi lửa tắt, nhiệt độ hạ xuống, áp suất trong bình giảm nên quả trứng bị hút tụt vào trong lọ.
2. Hiểu được áp lực dồn nén tại một điểm bằng thí nghiệm “dưa hấu nổ tung”
Hãy chuẩn bị một quả dưa hấu to và… vài nghìn sợi dây chun để thực hiện thí nghiệm này. Lưu ý: thực hiện ở nơi khô thoáng để… dọn dẹp cho dễ.
Đầu tiên, lồng từng sợi dây chun vào chính giữa quả dưa hấu như hình dưới.
Lồng từng sợi dây chun vào quả dưa hấu.
Và đây là những gì xảy ra khi buộc đủ số dây chun.
Quả dưa hấu bị ép chặt ở phần buộc dây chun và sau đó nổ tung.
Nguyên nhân của chuyện này đến từ một khái niệm khá cơ bản trong vật lý: áp lực. Một sợi dây chun buộc quanh thân quả dưa hấu có tạo ra lực tác động nhỏ. Tuy nhiên, khi nhiều sợi dây chun kết hợp xung quanh một diện tích hẹp tại phần giữa quả dưa sẽ tạo một áp lực rất lớn, và lực này đủ để ép thân trái dưa vỡ ra.
Bên trong trái dưa hấu có rất nhiều nước, nên khi lớp vỏ bị rách, áp lực từ bên ngoài giải phóng rất nhanh sẽ khiến trái dưa vỡ tung.
Khi nhiều sợi dây chun kết hợp xung quanh một diện tích hẹp tại phần giữa quả dưa sẽ tạo một áp lực rất lớn, ép chặt thân quả dưa lại giống như hình trên.
3. Hiểu về sự đóng băng của nước bằng thí nghiệm “rót nước ra băng”
Thông thường khi nước xuống dưới 0oC (hay 32oF), nước sẽ đóng băng.
Nước bị đóng băng mặc dù không đạt nhiệt độ dưới 0oC.
Nhưng nếu bạn sử dụng nước tinh khiết thì nước sẽ tạo nên một trạng thái khác mang tên “nước siêu lạnh” – supercooled water. Nước này có thể đạt dưới 0oC mà vẫn không bị đóng băng.
Vì sao ư? Đó là bởi vì nước muốn hoá rắn cần có các tinh thể lạ – Nucleation (mầm nguyên tử) – bên trong, ví dụ như bụi, và nước tinh khiết thì không có chuyện này. Tuy nhiên chỉ cần một tác động nhỏ như vỗ vào chai hoặc rót nước, các bong bóng nước (vật thể lạ) sẽ xuất hiện và nước ngay lập tức bị đóng băng.
Vỗ nhẹ chai nước tinh khiết nhằm tạo ra các tinh thể nucleation, làm cho nước bị đóng băng ngay lập tức.
Khi đã có những chai nước lạnh dưới 0oC, chỉ cần đổ lên một bề mặt khác, hay đơn giản là chạm ngón tay vào nước, nước trong chai sẽ hóa đá ngay lập tức.
4. Hiểu về từ trường nam châm bằng thí nghiệm “con quay lơ lửng”
Đầu tiên, hãy chuẩn bị 2 thỏi nam châm lớn (nam châm này các bạn có thể lấy trong các thùng loa cũ), 3 mẩu đất sét, 3 nắp chai nhựa và một tấm kính, rồi thực hiện theo hình dưới đây.
Thí nghiệm vui về từ trường nam châm.
Tiếp theo là chế tạo con quay. Sử dụng một que gỗ cùng 3 nam châm nhỏ có lỗ ở giữa, rồi gắn chúng lại với nhau. Hãy tự mình điều chỉnh kích cỡ của dây cuốn để con quay có thể quay một cách cân bằng.
Gắn các thỏi nam châm lại với nhau.
Con quay quay lơ lửng trên không.
Nguyên lý của hiện tượng này thực ra rất đơn giản, đó chính là lực từ trường của nam châm. Trước khi quay, các bạn cần đặt sao cho nam châm lớn và đỉnh quay của con quay cùng cực, như hình vẽ thì đó là cực Bắc.
Nam châm lớn và đỉnh quay của con quay cùng cực với nhau.
Về mặt logic, lực đẩy giữa các nam châm sẽ khiến con quay lơ lửng tại điểm cân bằng với trọng lực của con quay. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là vì sao con quay lại… quay?
Trên thực tế, khi lực quay chậm lại do ma sát với không khí, con quay sẽ rơi xuống như hình dưới.
Nguyên nhân là do lực từ trường của nam châm, cùng cực thì đẩy, trái cực thì hút.
5. Hiểu được ảnh hưởng của kết cấu vật liệu trong xây dựng bằng ảo thuật với giấy
Với một kết cấu đúng chuẩn, những mẩu giấy cũng có thể chịu lực từ hàng chục kg gạch đá mà không suy chuyển.
Đầu tiên, hãy chuẩn bị 6 mẩu giấy nhỏ, cuốn chúng lại như hình dưới.
Chuẩn bị 6 mẩu giấy nhỏ và cuộn tròn lại.
Chuẩn bị xem sức mạnh không thể tin được của những mẩu giấy.
Những tờ giấy mỏng mạnh có thể chịu được trọng lượng lên tới 27kg.
Số gạch này có trọng lượng lên tới 27kg.
Bạn thấy đấy, những tờ giấy mỏng manh có thể chịu được trọng lượng rất kinh khủng. Và nguyên nhân xuất phát từ hình dáng của tờ giấy – hình trụ (cylinder).
Đây là một trong những kiến thức căn bản trong ngành xây dựng. Cụ thể, kết cấu hình trụ tròn là cấu trúc khỏe nhất, chắc chắn nhất, vì nó giúp dàn đều lực nén lên toàn bộ bề mặt vật liệu và không có điểm yếu.
6. Hiểu hơn về đường sức từ bằng màn ảo thuật “ảo tung chảo” với nam châm
Riêng thí nghiệm này thì không thể tự làm được, mà cần đến những thỏi nam châm trong bộ trò chơi Magination do công ty Linkjendal tại Na Uy sản xuất.
Màn ảo thuật sử dụng những thỏi nam châm nhỏ xíu trong bộ đồ chơi Magination.
Nam châm có hai cực – Nam và Bắc – và từ trường xung quanh nam châm sẽ có từ trường với hướng đi từ cực Bắc vào cực Nam. Đó cũng chính là lý do khiến 2 thanh nam châm chỉ có thể hút nhau nếu trái cực, và đẩy nhau khi cùng cực.
Còn mấu chốt của thứ “ma thuật” này nằm ở vòng dây ở ngoài. Thực chất, đó cũng là một vòng nam châm. Bên trong vòng nam châm, đường sức từ sẽ diễn ra như sau.
Đường sức từ của vòng tròn nam châm.
Có thể thấy bên trong vòng nam châm, lực từ sẽ hướng lên trên. Nhưng bên cạnh đó, các viên nam châm đặt trong vòng dây sẽ chịu tác động của trọng lực có phương hướng xuống.
Chính nhờ vậy, nếu đặt các viên nam châm ở một vị trí nhất định, từ trường của nam châm và trọng lực của Trái đất sẽ triệt tiêu nhau, tạo nên trạng thái cân bằng.
Tuy nhiên, chỉ cần một tác động nhỏ là trạng thái cân bằng đó sẽ bị phá vỡ: từ trường trong vòng sẽ khiến một số viên nam châm nảy lên rồi hút chặt vào nhau.
