Vận tốc ánh sáng nhanh hơn âm thanh bao nhiêu?

Vận tốc as gấp khoảng 1 triệu lần vận tốc âm thanh cụ nhé.

Thường thì nhìn thấy Sét trước rồi mới nghe thấy tiếng Sấm cụ ạ !

Em thì chả rõ cái nào nhanh hơn, chỉ thấy thiên hạ người ta đồn là nếu còn nghe thấy tiếng sấm có nghĩa là chưa bị sét đánh cụ ạ.

Vậy, câu hỏi đặt ra là điều gì sẽ xảy ra nếu vận tốc âm thanh đột ngột tăng nhanh gấp một triệu lần, tức là bằng tốc độ ánh sáng?

Với tình huống này, đương nhiên chúng ta sẽ nhìn thấy cả tia sét và nghe được tiếng sấm vào cùng một lúc. Thế nhưng tia sét khi đó cũng trông rất kỳ lạ. Điều đó tạo ra các khu vực có mật độ cao hơn và thấp hơn trong sóng.

Nếu âm thành bằng vận tốc ánh sáng, húng ta sẽ nhìn thấy cả tia sét và nghe được tiếng sấm vào cùng một lúc. Ảnh: Pinterest

Chẳng hạn, hình dung về lò xo cầu vồng là một minh chứng. Cụ thể, khi chiếc lò xo này di chuyển, các vòng dây sẽ liên tục chụm vào nhau và sau đó lại bung ra. Sóng âm cũng tương tự như vậy. Theo đó, khi ở tốc độ chậm, sự thay đổi mật độ là không thể nhận thấy. Tuy nhiên, ở tốc độ của ánh sáng thì đó lại là một câu chuyện khác.

Theo Giáo sư vật lý George Gollin tại
ĐH Illinois tại Urbana-Champaign, trong cơn giông, không khí sẽ trở nên rất ẩm, khi đó sóng âm đi qua và áp chặt mọi thứ và sau đó lan rộng ra, áp suất cũng giảm đi rất nhiều. Vì áp suất tương ứng với nhiệt độ, nên việc áp suất không khí bị giảm đột ngột sau tiếng sấm sẽ khiến cho không khí ẩm bị đóng băng. Chính vì thế, chúng ta sẽ nhìn thấy tia sét xuyên qua một lớp sương mù dày đặc của các tinh thể băng.

Tốc độ cực nhanh sẽ làm thay đổi hoàn toàn âm thanh trong thế giới của chúng ta. Theo Giáo sư Gollin, chẳng hạn giọng nói sẽ có cao độ lớn tới mức không thể nghe thấy, rất khác thường.

Nếu âm thanh di chuyển nhanh hơn trong không khí, nó sẽ thay đổi cách mà các sóng cộng lại với nhau. Điều này làm cho một số tần số lớn hơn, đồng thời các tần số khác yên tĩnh hơn. Trong sóng âm thanh, tần số tăng kéo theo cao độ tăng, do đó, giọng nói của con người sẽ trở nên rất kỳ quặc.

Để biết con người sẽ nghe như thế nào trong một nơi mà tốc độ âm thanh di chuyển cực nhanh, hãy tưởng tượng bạn sẽ phát ra âm thanh ra sao sau khi hít phải khí heli.

Giáo sư William Robertson, nhà nghiên cứu tại khoa vật lý và thiên văn tại ĐH Bang Middle Tennessee, cho biết, việc hít phải khí heli sẽ khiến giọng nói của con người giống với nhân vật hoạt hình. Nguyên nhân là vì sóng âm sẽ di chuyển nhanh gấp 3 lần nếu đi qua heli nguyên chất. Đặc biệt, nếu âm thanh có tốc độ di chuyển lớn hơn một triệu lần thì kết quả sẽ còn ấn tượng hơn.

Âm thanh tăng tốc đột ngột và thay đổi không ngờ?

Giáo sư Robertson cho biết thêm, nếu tốc độ âm thanh đột ngột tăng nhanh, nó sẽ tàn phá cả dàn nhạc. Thực tế các loại nhạc cụ hơi cũng hoạt động tương tự như dây thanh đới của con người. Cụ thể, khi âm thanh di chuyển qua lại ở bên trong khoang của kèn oboe hoặc kèn trumpet, nó sẽ tạo ra sóng dừng.

Nếu âm thanh đột ngột tăng nhanh bằng với vận tốc ánh sáng thì sẽ tàn phá cả dàn nhạc. Ảnh: Reuters

Những sóng dừng này lại hoạt động giống như những sợi dây thừng nặng được gắn vào tường tại phòng tập gym.

Khi một người lắc chúng đủ mạnh thì các sóng này sẽ bắt đầu dao động lên xuống mà dường như không truyền dọc qua sợi dây. Khi các sợi dây bị lắc ngày càng nhanh thì số lượng sóng hay tần số cũng tăng lên. Tương tự thì khi sóng âm sinh ra từ thanh quản của người tăng tốc độ, chúng sẽ tăng tần số.

Theo Giáo sư Robertson, con người theo đó cũng sẽ phải thiết kế lại nhạc cụ hơi dài gấp 1 triệu lần nhằm giữ cho chúng đồng điệu với đàn cello và vilon. Bởi vì khi vận tốc âm thanh di chuyển trong không khí thay đổi thì tốc độ của âm thanh truyền trong dây vẫn còn giữ nguyên.

Thế nhưng, theo các chuyên gia này, con người lại không thể sống sót để trải qua những thay đổi ngoạn mục này. Nguyên nhân là ngay cả một tiếng sáo nhẹ cũng có thể khiến cho mọi thứ ở xung quanh bị nổ tung thành những mảnh vụn.

Giáo sư Gollin nhận định, ánh sáng truyền đi trong sóng điện từ. Không phải cấu tạo từ vật chất nhưng sóng âm là sóng cơ học, bao gồm các hạt va chạm vào nhau. Đặc biệt, một phân tử di chuyển với vận tốc ánh sáng sẽ có "năng lượng gần như vô hạn".

Khi đó, sóng âm sẽ nổ xuyên qua mọi hạt mà nó gặp phải. Điều này khiến các electron bị văng ra, tạo ra một cơn mưa vật chất và phản vật chất. Đây là loại hạt được tạo ra trong các vụ ca chạm với tốc độ cực cao, mang những đặc tính trái ngược với vật chất. Những tác động khi đó sẽ trở nên vô cùng ngoạn mục.

Vậy, nếu bay bằng tốc độ ánh sáng thì chuyện gì sẽ xảy ra?

Nếu bay với tốc độ ánh sáng, con người có thể trở về quá khứ. Thế nhưng, để làm được điều này, con người cần một phi thuyền có thể di chuyển gần nhanh như vận tốc ánh sáng.

Theo thuyết tương đối của Einstein, chúng ta càng đi nhanh qua không gian thì càng lướt chậm hơn về mặt thời gian.

Nếu chế tạo phi thuyền có tốc độ ánh sáng, con người có thể di chuyển về quá khứ. Ảnh: NBCnews

Giả sử bạn đang ở trong phi thuyền có khả năng di chuyển ở 99,9% vận tốc ánh sáng tới ngoại hành tinh với khả năng tồn tại sự sống nằm cách Trái Đất 40 năm ánh sáng, bạn tìm thấy một số dạng sống nguyên thủy và sau đó bay trở về Trái Đất để chia sẻ phát hiện này.

Tuy nhiên, cuối cùng khi trở về tới Trái Đất, bạn sẽ thấy tất cả các đồng nghiệp của mình giờ đây đã rất già. Trong khi từ nhận thức, bạn mới chỉ đi khoảng 2 năm. Thế nhưng với mọi người trên Trái Đất, bạn đã đi được 80 năm. Hiện tượng này có tên gọi là hiệu ứng sự giãn nở của thời gian.

Thực tế, hiện tượng này ít có khả năng xảy ra với bạn. Nguyên nhân là du hành ở vận tốc ánh sáng chưa phải là điều khả thi với công nghệ hiện nay, dù có lý thuyết nghiên cứu.

Việc tăng tốc tàu du hành ở tốc độ ánh sáng sẽ tạo ra lực ly tâm khổng lồ. Lực này cũng sẽ xé rách cơ thể bạn trước khi bạn đạt gần tới vận tốc ánh sáng.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn có một cách khác để có thể du hành ngược thời gian. Đó là lỗ sâu

Theo nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng Albert Einstein đưa ra dự đoán rằng những đường hầm giả thuyết này nối hai địa điểm riêng biệt và ở hai thời điểm khác nhau. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là lỗ sâu vô cùng nhỏ và chỉ có đường kính bằng một phần triệu tỷ của một centimet. Do đó, không người nào có thể chui qua. Nếu có thể chiếm được một lỗ sâu, chúng ta có thể phóng to nó.

Tuy nhiên, lỗ sâu cũng có vấn đề riêng. Đó là chúng tồn tại trong thời gian rất ngắn. Vì vậy, du hành về quá khứ sẽ tạo ra nghịch lý.

Thời gian thực tế là một đường thẳng và nó chỉ tiến về phía trước. Vì vậy, chúng ta chỉ có thể đi tới tương lai và không thể trở về để thay đổi quá khứ.

Nhà Albert Einstein cho rằng, vận tốc ánh sáng luôn không đổi, ngay cả trong mọi tình huống không gian và thời gian khác nhau. Theo thuyết tương đối hẹp của Einstein, không có gì trong vũ trụ có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Việc coi vận tốc ánh sáng như một hằng số đã tạo tiền đề để xây dựng không ít lý thuyết vật lý quan trọng, như mô hình vũ trụ sơ khai sau vụ nổ Big Bang.

Vận tốc âm thanh là gì? Tốc độ âm thanh trong không khí là bao nhiêu? Những nhà vật lý đã lí giải hiện tượng này như thế nào? Ở đây, bài viết này của wu.edu.vn sẽ cung cấp cho bạn những điều thú vị về vận tốc âm thanh cũng như cách tính toán tốc độ của âm thanh mà có thể bạn chưa biết.

1. Khái niệm Vận tốc âm thanh

Vận tốc của âm thanh thực ra là tốc độ truyền đi của một sóng âm thông qua một môi trường nhất định, trong một khoảng thời gian xác định. Âm thanh tự nó là một cảm giác được tạo ra trong não bộ của con người để phản ứng với các giác cảm từ tai trong.

Vận tốc này biến động phụ thuộc vào môi trường mà âm thanh truyền qua. Nó thay đổi tùy theo độ đàn hồi, cũng như khối lượng riêng từ mỗi loại môi trường, cụ thể là mật độ và nhiệt độ. Khi môi trường truyền âm càng lý tưởng, tốc độ truyền âm càng nhanh và ngược lại. Điều này mang hàm ý rằng vận tốc âm thanh trong môi trường chất rắn sẽ tốc độ hơn so với trong nước, còn chậm chất là truyền âm qua không khí.

2. Tốc độ âm thanh trong không khí là bao nhiêu?

Biết được vận tốc âm thanh là gì thì cũng cần trả lời câu hỏi: tính toán vận tốc đó ra sao? Lấy một môi trường quen thuộc nhất với chúng ta là không khí, các nhà khoa học ước tính được, ở mức nhiệt độ 20ºC (68ºF), thì vận tốc âm thanh rơi vào con số 343m/giây. Và để có phép tính chuẩn xác, wu.edu.vn cung cấp cho các bạn thông tin về vận tốc của âm thanh như sau:

Tại môi trường không khí:

Vận tốc âm thanh = 12348 km/h

Vận tốc âm thanh = 1,2348 km/s

Vận tốc âm thanh = 0,343 m/h

Vận tốc âm thanh = 343 m/s

So sánh với vận tốc trong các môi trường nước và rắn thì con số vận tốc tăng tới 15 lần (1481m/s – môi trường nước (nhanh hơn khoản 4,3 lần); đạt tới 5120 m/s nếu truyền âm qua sắt (tốc độ cao gấp 15 lần).

Vận tốc âm thanh = 0,231 mph

Vận tốc âm thanh =767,269 mps

Vận tốc âm thanh = 1125,328 ft/h

Vận tốc âm thanh = 4051181,1 ft/s

Vận tốc âm thanh = 666739 knot

3. Sự tác động từ đặc điểm môi trường đến vận tốc âm thanh

Mặc dù những con số cho chúng ta biết sự khác nhau trong tốc độ truyền âm thanh qua mỗi môi trường tương ứng, nhưng về mặt vật lý, thực chất vì sao vận tốc âm thanh lại chịu sự tác động từ đặc điểm môi trường?

Thực chất, tốc độ truyền đi của âm thanh và đặc tính, tính chất của môi trường nó truyền qua có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Cụ thể, khi một dao động âm được truyền đi làm các hạt phân tử cấu tạo trong môi trường đó chuyển động quanh trạng thái cân bằng vốn có. Khi một hạt cấu tạo bất kì đi lệch ra quỹ đạo cân bằng thì các hạt phân tử khác sẽ tác động để đưa nó quay lại vị trí ban đầu.

Hiện tượng này nghĩa là đặc tính cấu tạo của các môi trường có khả năng phản kháng lại trạng thái mất cân bằng đó. Các môi trường chúng ta đề cập tới ở đây là nước, không khí và chất rắn, mỗi môi trường sở hữu trạng thái phân tử không giống nhau, kéo theo khả năng chống lại khác nhau. Môi trường nào có kết cấu phân tử mạnh, khả năng dao động truyền qua cao thì vận tốc âm thanh cũng đạt tốc độ tốt hơn.

4. Vận tốc âm thanh dạng siêu thanh

Nhắc tới vận tốc âm thanh, không thể bỏ qua vận tốc siêu thanh, dạng âm thanh sở hữu tần số cao hơn mức nghe được của tai chúng ta.

Cụ thể, vận tốc siêu thanh trong điều kiện không khí thường lớn hơn hoặc bằng Mach 1 (343m/giây). Và khi tốc độ của âm thanh đạt ngưỡng quá Mach 5 thì người ta gọi hiện tượng vật lý đó là cực siêu thanh, vận tốc hơn mức bình thường 5 lần.

Một số vật thể được xếp vào tốc độ âm thanh dạng siêu thanh có thể kể đến máy bay chiến đấu, tàu vũ trụ, hay độ bay của đạn bắn ra từ hầu hết các khẩu súng đều là siêu thanh.

5. So sánh tốc độ âm thanh với tốc độ ánh sáng

Dựa theo các nghiên cứu khoa học và vật lý từ trước tới nay, vận tốc cực kỳ nhanh của ánh sáng đạt con số 300 nghìn km mỗi giây. Có thể dễ dàng nhận thấy, vận tốc âm thanh như đã có ở trên, là chậm hơn rất nhiều khi đặt vào bàn cân với ánh sáng. Đây cũng là câu trả lời cho việc mỗi khi trời xuất hiện sấm sét thì thứ ta cảm nhận được đầu tiên là ánh sáng từ tia sét, rồi sau đó mới tới tiếng sấm.

Xem thêm: Cách Viết Kí Hiệu Toán Học Trong Word Nhanh, Đơn Giản Cho Mọi

Toàn bộ là những thông tin được wu.edu.vn tổng hợp và cung cấp đến bạn đọc nhằm trả lời cho câu hỏi vận tốc âm thanh là gì, cũng như tốc độ âm thanh truyền đi trong không khí là bao nhiêu. Mong rằng những chia sẻ trên đều hữu ích và thú vị đối với mọi người.

Vận tốc ánh sáng là bao nhiêu giấy?

Vận tốc của âm thanh là bao nhiêu?

Nhanh hơn tốc độ ánh sáng là gì?

Tốc độ Mach là gì?