Vì sao đêm và sáng sớm nghe tiếng chuông ở xa rõ hơn ban ngày?

Khoa học thường thức Vật lý

Có người sẽ nói: “Đó là vì ban đêm và buổi sáng sớm môi trường yên tĩnh, còn ban ngày thì có nhiều tiếng ồn”. Điều đó đúng, nhưng chỉ là phần nhỏ và cũng không hoàn chỉnh. Bạn có biết nguyên nhân chủ yếu không? Đó là vì âm thanh biết “đi vòng”.

Nguyên lý truyền âm thanh

Âm thanh truyền đi được là nhờ không khí, nhưng nó lại có tính cách lỳ lạ như sau: Trong không khí có nhiệt độ không đổi, nó truyền thẳng, nhưng một khi gặp phải không khí có nhiệt độ chỗ cao chỗ thấp, nó sẽ chọn nơi có nhiệt độ thấp để đi, vì thế âm thanh đi vòng.

Ban ngày, Mặt trời hun nóng mặt đất, nhiệt độ không khí ở gần mặt đất cao hơn nhiều so với ở trên cao. Do nhiệt độ phân tán không đồng đều nên sau khi tiếng chuông phát ra, chưa đi được bao xa, nó đã đi vòng lên trên cao nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy trên mặt đất, ngoài một khoảng cách nhất định ra bạn sẽ nghe không rõ, nếu cách xa hơn nữa bạn sẽ hoàn toàn không nghe thấy âm thanh.

Ban đêm và buổi sáng sớm thì ngược lại, nhiệt độ không khí ở gần mặt đất thấp hơn so với ở trên cao, sau khi tiếng chuông truyền đi nó sẽ tiến về phía mặt đất nơi có nhiệt độ thấp, vì vậy ở nơi rất xa người ta vẫn có thể nghe rõ tiếng chuông.

Sự thật vật lý âm thanh

  • Các nghiên cứu về âm thanh cho thấy âm thanh nghe được là âm thanh trong dải tần số 20Hz – 20kHz. Âm thanh có dải tần cao hơn 20kHz gọi là siêu âm. Âm thanh thấp hơn 20 Hz gọi là hạ âm
  • Âm thanh không tồn tại trong chân không. Thí nghiệm cho thấy chuông sẽ không kêu khi nằm trong môi trường không có không khí
  • Âm thanh cần vật chất để lan truyền. Âm thanh lan truyền qua mọi vật ở ba trạng thái rắn, lỏng, và khí. Sự truyền âm diễn ra dễ nhất trong vật rắn rồi tới vật lỏng và trong không khí.
  • Khi âm thanh truyền trong không khí sẽ làm cho các phân tử không khí co lại hay giãn nở ra tạo ra các cột không khí co giãn. Âm thanh di chuyển qua không khí dưới dạng sóng dọc có vận tốc bằng tích của bước sóng với tần số sóng: {\displaystyle v=\lambda f} {\displaystyle v=\lambda f}
  • Vận tốc của âm thanh di chuyển thay đổi theo nhiệt độ và áp suất của môi trường vật chất. Vận tốc âm thanh trong không khí ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn đo được gần bằng 333 m/s.

Hiện tượng âm thanh: Trong thực tế, âm thanh tạo từ nhiều nguồn khác nhau. Trong không gian rộng mở sóng âm thanh truyền đi tự do theo mọi hướng. Trong không gian hạn hẹp hay bị vật cản, sóng âm thanh sẽ bị phản hồi và sẻ giao nhau với các sóng khác tạo nên giao thoa sóng. Khi hai sóng âm thanh cùng chiều giao thoa được gọi là giao thoa cộng sóng.

  • Khi hai sóng âm thanh khác chiều giao thoa được gọi là giao thoa trừ sóng.
  • Khi hai sóng âm thanh giao thoa sẽ cho ra các hiện tượng nhiễu âm gây ra các hiện tượng như mất tiếng, tiếng đứt quãng, tiếng ồn, tiếng dội.