Chương năm

Tính chất của chất lỏng và chất khí

Biển không làm chết đuối người

Ngay từ thời cổ, loài người đã biết là ở trên thế giới có một cái biển như thế. Đó là Biển Chết nổi tiếng ở là Palestin. Nước trong biển này mặn vô cùng, đến nỗi không một sinh vật nào có thể sống được ở trong đó. Khí hậu nóng bức và không mưa của Palestin đã làm cho nước trên mặt nước bốc hơi mãnh liệt. Nhưng chỉ có nước nguyên chất bốc hơi thôi còn các muối hoà tan thì vẫn giữ ở trong biển, do đó độ mặn của nước biển ngày càng tăng. Đó là lý do tại sao nước trong Biển Chết không chứa 2 hoặc 3 phần trăm muối (tính theo trọng lượng) như đại đa số các biển và đại dương, mà chứa tới 27% và hơn nữa. Càng xuống sâu độ mặn càng tăng thêm. Thế là trong số những chất chứa trong biển nội địa có tới một phần tư là muối hoà tan trong nước. Lượng muối tổng cộng ở đây tính tới 40 triệu tấn.

Vì có độ mặn cao như vậy nên nước biển nội địa có đặc điểm là nặng hơn nước biển thông thường rất nhiều. Trong chất nước nặng như vậy thì không thể chết đuối được, bởi vì thân thể của người nhẹ hơn nước biển.

Trọng lực của thân thể chúng ta nhẹ hơn trọng lực của một khối nước muối đậm đặc, có cùng thể tích rất nhiều. Do đó theo định luật về sự nổi, người không thể chìm trong Biển Chết được, mà nổi lên mặt nước giống như quả trứng gà nổi trên nước muối vậy (trứng gà trong nước ngọt thì chìm).

Nhà văn hài hước Mác Toainơ, sau khi đi thăm biển nội địa đó về, đã miêu tả cái cảm giác kì lạ mà ông và các bạn của ông đã tắm trong nước nặng của Biển Chết bằng một bút pháp hết sức linh hoạt như sau:

"Đó là một cuộc tắm mát hết sức thú vị! Chúng tôi không thể chết đuối được. ở đây có thể nằm ngửa duỗi dài ra trên mặt nước và đặt hai tay lên ngực, thế mà đại bộ phận thân thể vẫn ở trên mặt nước. Lúc đấy hoàn toàn có thể nhấc đầu lên... Bạn có thể nằm ngửa rất thoải mái, có thể co hai đầu gối lên sát cằm và dùng tay ôm chặt lấy, nhưng làm như thế thì sẽ chẳng mấy chốc bạn sẽ bị lộn nhào đi, bởi vì phần đầu quá nặng. Bạn có thể "trồng cây chuối" để cho phần thân từ nửa ngực đến đầu ngón chân nhô lên khỏi mặt nước; có điều là bạn không thể giữ lâu được ở tư thế ấy. ở đây bạn không thể bơi ngửa nhanh được, bởi vì bàn chân bạn hoàn toàn như lên khỏi mặt nước và bạn chỉ có thể đạp bằng gót chân mà thôi. Còn nếu bạn bơi sấp thì không tiến lên phía trước được, mà lại lùi lại đằng sau. Trong Biển Chết ngựa không thể bơi được mà cũng không thể đứng được; bởi vì thân thể của nó rất không ổn định. - Hễ xuống đến nước là lập tức nó nằm nghiêng trên mặt nước".

Nhìn hình 21 bạn sẽ thấy một người nằm rất thoải mái trên mặt nước của Biển Chết. Nhờ nước có trọng lực riêng lớn, anh ta nằm như thế được mà xem sách va dùng dù che ánh nắng gay gắt của Mặt Trời.

Nước của vịnh Kada - Bôgát (một vịnh của Lí Hải) [18] và nước hồ Entôn chứa tới 27% muối cũng có những tính chất đặc biệt ấy.

Những bệnh nhân phải tắm nước mặn cũng thường gặp những hiện tượng đại loại như vậy. Nếu độ mặn của nước quá lớn thí dụ như nước khoáng tuyền Starôrusơ chẳng hạn, thì bệnh nhân phải gắng sức nhiều lắm mới có thể làm cho thân thể mình dán sát được xuống đáy bồn tắm. Tôi đã nghe thấy một bà nằm ở viện dưỡng bệnh Starôrusô thời Nga hoàng bực tức nói rằng, nước "cứ hất bà ta ra khỏi bồn tắm". Hình như bà ta cho đó là lỗi của người quản lí viện dưỡng bệnh...

Ở các biển khác nhau, độ mặn của nước cũng có khác nhau đôi chút và do đó phần tàu ngập trong nước biển cũng khác nhau. Có thể một số bạn đọc đã được nhìn thấy cái gọi là "dấu hiệu Lôit" ở gần đường mức nước trên thành tàu. Loại kí hiệu đó dùng để chỉ đường mức nước giới hạn ở trong nước có khối lượng riêng khác nhau. Thí dụ, kí hiệu trọng tải vẽ trên hình 22 chỉ đường mực nước giới hạn:

Trong nước ngọt (Fresh water)... FW

Trong ấn Độ dương (India Summer)... IS

Trong nước mặn mùa hạ (Summer)... S

Trong nước mặn mùa đông (Winter)... W

Trong Bắc Đại Tây dương, mùa đông

(Winter North Atlanic)... WNA

Ở nước Nga mãi tới năm 1909, những kí hiệu đó mới được quy định thành những kí hiệu bắt buộc phải sử dụng.

Cuối cùng chúng tôi xin lưu ý bạn đọc là, có một loại nước mà ngay khi ở dạng nguyên chất, cũng vẫn nặng hơn nước thường: trọng lượng riêng của nó là 1,1, nghĩa là nặng hơn nước thường 10%. Do đó trong biển chứa loại nước này thì ngay đến những người không biết bơi cũng không chết đuối. Loại nước này gọi là nước "nặng", công thức khoa học của nó là D 2 O (hyđrô ở trong thành phần của nước này được tạo thành bởi những nguyên tử nặng gấp hai lần những nguyên tử hyđrô thông thường và được kí hiệu bằng chữ cái D). Trong nước thông thường có lẫn một lượng rất nhỏ nước nặng: trong một thùng nước uống chứa 8 gam nước nặng.

Ngày nay người ta đã điều chế được loại nước nặng có thành phần D 2 O (có thể có 17 dạng nước nặng có thành phần khác nhau) ở dạng gần nguyên chất; phần nước thông thường lẫn vào chỉ chứa gần 0,05%. Nước nặng được ứng dụng rộng rãi trong kĩ nghệ nguyên tử, đặc biệt là trong các lò phản ứng nguyên tử. Theo phương pháp kĩ nghệ người ta đã điều chế được từng lượng lớn nước nặng từ nước thông thường.

Ước mơ của Giuyn Vécnơ và oxenơ đã được thực hiện như thế nào?

Những tàu ngầm chân chính của thời đại chúng ta, về một số mặt nào đó, chẳng những đuổi kịp mà còn vượt con tàu hoang đường "ốc anh vũ" của Giuyn Vécnơ. thực ra vận tốc của những tàu ngầm ngày nay chỉ mới bằng một nửa của "ốc anh vũ"; các tàu ngầm ngày nay mỗi giờ đi được 24 hải lí, còn "ốc anh vũ" của Giuyn Vécnơ đi được 50 hải lí (1 hải lí bằng 1,8km). Thêm nữa hành trình dài nhất của những tàu ngầm hiện đại chỉ mới là một vòng quanh Trái Đất, trong khi ấy thì thuyền trưởng Nêmô [19] lái hoàn thành một cuộc hành trình dài gấp đôi. Thế nhưng lượng nước rẽ của "ốc anh vũ" chỉ là 1500 tấn, thuỷ thủ trên tàu chỉ có hai ba chục người, đồng thời không thể liên tục dừng lại ở dưới nước được quá 48 giờ; còn chiếc tàu ngầm "Sureurf" (Xuya - cua - phơ) chế tạo năm 1929 của hạm đội Pháp đã có lượng nước rẽ là 3200 tấn, số thuỷ thủ điều khiển nó lên tới 150 người và có thể ở liền dưới nước đến 120 giờ [20] .

Khi hoàn thành cuộc hành trình từ hải cảng Pháp đến đảo Mađagasca, trên đường đi chiếc tàu ngầm đó không hề cập vào một bến nào cả. Về các tiện nghi của các căn phòng thì có lẽ tàu ngầm "Xiurơkúp" không chịu thua "ốc anh vũ". So với chiếc tàu ngầm của thuyền trưởng Nêmô, "Xiurơkúp" còn có một ưu điểm nổi bật là, ở trên boong thượng tầng của tàu ngầm có một nhà kho không thấm nước để chứa các thuỷ phi cơ thám thính. Cũng nên nói thêm rằng, Giuyn Vécnơ không lắp kính tiềm vọng cho "ốc anh vũ" cho nên khi nằm dưới nước tàu ngầm của ông không thể quan sát tình hình ở trên mặt biển được.

Riêng có mặt lặn sâu là các tàu ngầm chân chính còn thua xa con tàu xây dựng theo óc tưởng tượng hoang đường của nhà văn người Pháp ấy. Nhưng ta nên lưu ý rằng về điểm ấy thì óc tưởng tượng hoang đường của Giuyn Vécnơ lại vượt quá phạm vi hiện thực. Trong cuốn tiểu thuyết ấy có một chỗ nói: "Thuyền trưởng Nêm ô đã xuống sâu đến ba, bốn, năm bảy, chín nghìn và một vạn mét dưới mặt bể". Lại có lần "ốc anh vũ" lặn xuống một độ sâu chưa từng có - xuống sâu tới một vạn sáu nghìn mét! Nhân vật chính của cuốn tiểu thuyết nói: "Tôi cảm thấy cái dây chằng của vỏ sắt tàu ngầm hình như đang run rẩy, các cột đỡ hình như cong lại, và cái cửa sổ, do sức ép của nước, hình như lõm vào trong. Nếu con tàu của chúng ta không kiên cố như một khối đúc toàn vẹn thì nó lập tức sẽ bóp lại như một cái bánh mì".

Nhân vật chính của cuốn tiểu thuyết lo lắng như thế là hoàn toàn có lí, bởi vì ở độ sâu 16km (nếu như trong biển có những nơi sâu như thế) thì áp suất của nước có thể lên tới 16 000N/cm 2 , hoặc 1600 atmốtphe kĩ thuật; áp suất đó không thể nghiền nát vụn được sắt, nhưng chắc chắn có thể làm hỏng cấu tạo của con tàu. Có điều, khoa Hải dương học hiện đại chưa tìm được những độ sâu như thế. Trong thời đại của Giuyn Vécnơ (cuốn tiểu thuyết được viết năm 1869) sở dĩ có những quan niệm phóng đại về độ sâu của biển như thế là vì phương pháp đo chiều sâu lúc bấy giờ kém hoàn thiện. Lúc ấy, người ta không dùng dây thép mà dùng dây gai để làm dây dò (Sonde). Loại dây dò này càng thả xuống sâu thì càng bị sức ma sát với nước giữ lại; và tới một độ sâu khá lớn thì sức ma sát tăng lên tới mức làm cho dây dò hoàn toàn ngừng lại, không chìm xuống thêm được nữa, mặc dù ta có ra sức dòng dây xuống cũng vô ích: dây dò chỉ xếp đống lại thôi và làm cho ta tưởng rằng mực nước khá sâu.

Các tàu ngầm hiện đại chỉ có thể chịu đựng được áp suất không quá 25 atmốtphe. Do đó độ sâu lớn nhất mà nó có thể lặn tới là 250m. Muốn xuống sâu hơn nữa thì phải dùng một dụng cụ đặc biệt gọi là "tiềm thuỷ cầu" (h. 23); dụng cụ này chuyên dùng để nghiên cứu những động vật ở sâu dưới đáy biển.

Hình dạng của nó không giống "ốc anh vũ" của Giuyn Vécnơ mà giống một khí cụ hoang đường của một nhà tiểu thuyết khác, giống quả cầu dò độ sâu của Oenxơ mô tả trong câu chuyển "Dưới đáy biển".

Nhân vật chính của chuyển này ngồi trong quả cầu thép có thành dày xuống đến một độ sâu 9km dưới đáy biển. Khi thả xuống nước, quả cầu thép này không mang dây cáp, mà đem theo một vật nặng có thể tách ra được. Tới đáy biển, chỉ cần tách vật nặng ra khỏi quả cầu là nó sẽ nhẹ đi và lao thẳng lên mặt nước. Các nhà bác học đã ngồi trong tiềm thuỷ cầu đi xuống được đến những độ sâu trên 900m. Người ta dùng dây cáp dòng tiềm thuỷ cầu từ trên tàu xuống nước, và nhờ dây này người ngồi trong tiềm thuỷ cầu có thể liên lạc được với người trên mặt nước bằng điện thoại.

Cách đây không lâu ở Pháp dưới sự điều khiển của kĩ sư Visimơ và ở ý, theo dự án của giáo sư Bi Pica, người ta đã chế tạo được một khí cụ đặc biệt để nghiên cứu đáy biển sâu gọi là "tiềm thuỷ khí". Điểm khác nhau quan trọng nhất giữa nó và tiềm thuỷ cầu là: nó có thể chuyển động được, có thể bơi lội được, còn tiềm thuỷ cầu thì phải buộc rịt vào dây cáp. Thoạt đầu Pica đã ngồi trong tiềm thuỷ khí xuống sâu tới hơn 3km, về sau Ghiôm và Vinmơ người Pháp đã phá được kỉ lục đó xuống tới độ sâu 4050m. Tháng 11 năm 1959 tiềm thuỷ khí đã đạt tới độ sâu 5670m, nhưng đó vẫn chưa phải là giới hạn. Ngày 9 tháng giêng năm 1960 Pica lại xuống tới độ sâu 7300m, ngày 23 tháng giêng, tiềm thuỷ khí của ông đã xuống tới đáy vũng Marian ở độ sâu 11,5km! Theo các tài liệu hiện đại thì đó là nơi sâu nhất thế giới.

Người ta trục tàu "xátkô" lên như thế nào?

Trong biển rộng bao la hàng năm có tới hàng nghìn con tàu vừa lớn vừa nhỏ bị đắm, đặc biệt là trong thời chiến thì số tàu đắm lại càng nhiều. Mấy năm gần đây, một số tàu quý giá và dễ trục đã được trục từ dưới đáy biển lên. Các kĩ sư và thợ lặn tham gia trong "Đội công tác đặc biệt dưới nước" đã nổi danh khắp toàn cầu, vì đã trục được trên 150 con tàu lớn, trong số đó có một con tàu vào loại lớn nhất là tàu phá băng "Xátkô" đắm ở Bắc Hải năm 1916 do sự sơ ý của viên thuyền trưởng. Sau 17 năm nằm dưới đáy biển, con tàu phá băng loại tốt đó đã được anh em trong "Đội công tác đặc biệt dưới nước" trục lên và sửa chữa lại.

Kĩ thuật trục tàu hoàn toàn dựa vào sự ứng dụng nguyên lí ácsimét. ở đáy biển nằm dưới thân tàu, các thợ lặn đào 12 cái rãnh, qua mỗi rãnh lồng một đai thép vững chắc. Hai đầu những đai thép này gắn chặt vào những phao cố ý dìm vào bên cạnh tàu phá băng. Toàn bộ công việc đều hoàn thành ở một độ sâu 25 mét dưới mặt biển.

Phao là những thùng hình trụ rỗng (h.24) hoàn toàn bịt kín, dài 11m, đường kính 5,5m. Thùng sắt không có khối lượng 50 tấn. Theo các quy tắc hình học, ta có thể tính được ngay thể tích của nó gần 250m 3 . Rõ ràng là những thùng không như vậy nhất định nổi trên mặt nước, vì nó chiếm chỗ của một lượng nước nặng 2 500 000N, mà bản thân lại chỉ nặng 500 000N; trọng tải của nó sẽ bằng hiệu số giữa 2 500 000 và 500 000 nghĩa là 2 000 000N. Muốn dìm phao xuống đáy biển thì phải cho đầy nước vào trong đó.

Khi (xem h.24) hai đầu của những đai thép đã gắn chặt vào những phao chìm xuống đáy biển rồi thì người ta bơm không khí nén qua ống cao su mền vào trong thùng. ở độ sâu 25m, nước ép với áp suất bằng 3 - 1,2 atmốtphe.

Nhưng không khí được đẩy vào thùng dưới áp suất gần 4 atmốtphe, do đó nó đẩy được nước ra khỏi phao. Sau khi các thùng nhẹ đi thì nước ở xung quanh đẩy chúng lên mặt biển bằng một lực rất lớn. Chúng nổi lên ở trong nước cũng giống như khí cầu nổi lên ở trong không khí vậy. Nếu dồn toàn bộ nước ở trong tất cả các thùng ra ngoài thì sức lên tổng cộng của tất cả các thùng ấy sẽ là 2 000 000N x 12, tức là 24 000 000N. Sức lên ấy lớn hơn trọng lượng của tàu "Xátkô" bị đắm nhiều. Bởi vậy, để cho tàu được trục lên một cách từ từ, thường người ta chỉ dồn một phần nước ở trong thùng ra ngoài mà thôi.

Tuy thế, "Xátkô" cũng phải trải qua mấy lần thất bại rồi mới trục được lên mặt biển.

Ông kĩ sư đóng tàu Bôbôritski, chủ nhiệm "Đội công tác đặc biệt dưới nước", có viết về công việc trục tàu "Xátkô" như sau: "Trước khi đội trục tàu đi đến thành công thì đã phải trải qua mấy lần thất bại. Có tới ba lần, trong lúc chúng tôi nóng lòng chờ đợi, nhìn ra thì không phải con tàu mà là những phao và những ống cao su rách nát tự phọt lên trên mặt nước, lẫn trong sóng cả và bọt biển. Hai lần tàu đã nhô lên, nhưng chúng tôi chưa kịp giữ ở trên mặt biển thì nó đã lại chìm xuống mất rồi".

"Động cơ vĩnh cửu" nước

Trong số các đồ án "động cơ vĩnh cửu" cũng có không ít bản căn cứ vào sự nổi của các vật ở trong nước. Đây là một cái tháp cao 20m, chứa đầy nước, ở phía trên và phía dưới tháp đều lắp ròng rọc có dây quàng qua giống như một dây cua-roa vậy. Có 14 cái hòm rỗng hình hộp một cạnh dài một mét gắn chặt vào dây đó. Các hòm này đều được ghép bằng những lá sắt, không cho nước ở bên ngoài có thể rỉ vào được. Hình 25 và 26 vẽ hình dáng bên ngoài và mặt cắt dọc của cái tháp ấy.

Thế nhưng thiết bị này hoạt động như thế nào? Ai đã biết định luật ácsimét đều có thể hiểu rõ ràng, những chiếc hòm này nhất định sẽ nổi lên trên. Lực đẩy chúng lên trên bằng trọng lượng của khối lượng mà cái hòm đó chiếm chỗ, tức là trọng lượng của 1 mét khối nước nhân với số hòm sắt ngập trong nước. Qua hình vẽ ta có thể thấy rằng, trong nước bao giờ cũng có 6 hòm. Vậy sức đẩy các hòm ngập trong nước đi lên bằng trọng lượng của 6m 3 nước, tức là 60 000N. Trọng lượng của bản thân các hòm sắt tất nhiên sẽ tự kéo chúng xuống, nhưng 6 hòm sắt khác treo tự do ở dây bên ngoài thì lại hạ xuống, do đó trọng lượng của các hòm ở hai phía cân bằng nhau.

Như thế là dây có gắn các hòm sắt như trên chịu tác dụng một lực kéo 60 000N, đặt vào một bên dây và hướng lên trên. Rõ ràng là lực này sẽ buộc dây thừng quay liên tục trượt theo ròng rọc và cứ trọn một vòng quay thì nó thực hiện một công là:

60 000 x 20 = 1 200 000 J

Bây giờ thì quả thật dễ hiểu là nếu xây dựng rải rác những tháp như thế khắp trong cả nước thì từ những tháp đó chúng ta có thể thu được một số lượng công vô tận, đủ cung cấp cho mọi nhu cầu của nền kinh tế quốc dân. Những tháp như vậy có thể quay máy phát điện, cung cấp cho chúng ta một nguồn điện năng vô cùng lớn. Tuy nhiên nếu chúng ta nghiên cứu tỉ mỉ đồ án đó thì chúng ta có thể nhìn thấy ngay là dây thừng hoàn toàn không thể chuyển động được như ta tưởng.

Muốn làm cho dây cua-roa đó chuyển động thì phải làm cho các hòm đó đi vào tháp nước ở phía dưới và ra khỏi tháp nước ở phía trên. Nhưng như chúng ta đã biết, khi đi vào trong máy nước hòm phải thắng được áp suất của một cột nước cao 20m ! Lực ép gây ra trên diện tích một mét vuông của hòm vừa đúng bằng 200 000N không hơn không kém (trọng lượng của 20m 3 nước). Còn lực ép lên phía trên tổng cộng chỉ có 60 000N, nghĩa là rõ ràng không đủ để lôi hòm vào trong tháp nước.

Trong số vô vàn những mẫu động cơ "vĩnh cửu" nước mà có tới hàng trăm mẫu do những nhà phát minh "nửa mùa" nghĩ ra, ta có thể tìm thấy rất nhiều kiểu khá đơn giản và thông minh.

Mời các bạn xem hình 27 . Một cái trống gỗ gắn chặt vào trục bao giờ cũng có một phần năm trong nước. Nếu định luật ácsimét là đúng thì phần trống nằm trong nước tất phải nổi lên, và nếu lực đẩy lớn hơn lực ma sát ở trục của trống thì trống sẽ quay mãi không ngừng.

Xin bạn chớ vội chế tạo một động cơ "vĩnh cửu" như thế! Chắc chắn bạn sẽ thất bại "cái trống" sẽ chẳng nhúc nhích đâu. Thế nhưng thực chất của vấn đề là thế nào? Lập luận của chúng ta sai lầm ở chỗ nào? Vấn đề là chúng ta không để ý đến hướng của các lực tác dụng. Mà những lực ấy thì bao giờ cũng hướng vuông góc với bề mặt của trống, nghĩa là hướng về trục theo đường bán kính. Do kinh nghiệm hàng ngày chúng ta đều biết rằng, với một lực tác dụng dọc theo bán kính của bánh xe thì không thể làm cho bánh xe quay được. Muốn làm bánh xe quay phải tác dụng lực vuông góc với bán kính, nghĩa là tác dụng lực theo phương tiếp tuyến với bánh xe. Bây giờ chắc chắn bạn đã hiểu rõ, tại sao cả trong trường hợp này cái ý đồ chế tạo một động cơ "vĩnh cửu" cũng sẽ thất bại.

Định luật ácsimét đã cung cấp một món ăn quyến rũ cho bộ óc của các nhà tìm kiếm động cơ "vĩnh cửu" và khiến cho họ có nghĩ đến những thiết bị thần diệu sử dụng cái tính chất mất trọng lượng biểu kiến nhằm thu lấy một nguồn cơ năng vĩnh cửu. Nhưng trước đây đã chẳng có một ý đồ nào thành công cả, và sau này cũng chẳng có ý đồ nào có thể thành công được.

Một cái bình kì dị

Liệu có thể chế tạo được một cái bình mà dù cho mực nước có hạ dần xuống nhưng bao giờ nước cũng chảy ra cũng đều không? Sau khi đã đọc qua hai bài trên, có lẽ bạn nghĩ rằng đó là một việc không thể làm được.

Nhưng điều này hoàn toàn có thể làm được.

Cái lọ vẽ trên hình 28 chính là một cái bình kì dị như vậy. Đó là một bình thót cổ thông thường, có một ống thuỷ tinh cắm xuyên qua nút đậy. Nếu bạn mở vòi C ở thấp hơn đầu dưới ở ống thuỷ tinh thì nước sẽ chảy ra đều đặn cho tới lúc mực nước ở trong bình hạ xuống ngang với đầu dưới của ống thuỷ tinh mới thôi. Nếu bạn cắm ống thuỷ tinh xuống gần ngang với vòi nước thì bạn có thể làm cho toàn bộ chỗ nước nằm ở bên trên vòi chảy ra đều đặn, mặc dù đó là một tia nước chảy rất yếu.

Tại sao vậy? Bạn thử nghĩ xem, khi mở vòi C thì trong bình có hiện tượng gì xảy ra (h.28)? Khi chảy ra ngoài, mực nước ở trong bình sẽ hạ xuống; và không khí ở bên ngoài sẽ theo ống thuỷ tinh luồn qua nước lên lớp khí loãng ở trong bình. Các bọt không khí từ dưới nước nổi lên vỡ ra và tụ tập ở trên mặt nước trong phần trên của bình. Lúc ấy áp suất ở trên toàn bộ mực B đều bằng áp suất khí quyển. Như thế có nghĩa là, nước từ vòi C chảy ra chỉ dưới áp suất của lớp nước BC, bởi vì rằng, áp suất khí quyển ở trong và ngoài hình cân bằng nhau. Và cũng vì bề dày của lớp nước BC không đổi, cho nên nước từ vòi C chảy ra trước sau vẫn giữ được vận tốc như cũ, điều đó tưởng không có gì là lạ cả.

Bây giờ xin mời bạn trả lời câu hỏi: nếu mở cái nút B nằm ngang mực với đầu dưới của ống thuỷ tinh thì nước sẽ chảy ra nhanh chậm như thế nào?

Nước sẽ hoàn toàn không chảy ra (đương nhiên, với điều kiện là lỗ đủ nhỏ để có thể bỏ qua không tính đến chiều rộng của nó. Nếu không nước sẽ chảy ra dưới áp suất của một lớp nước mỏng, có bề dày bằng chiều rộng của miệng lỗ). Thực vậy, ở đấy áp suất bên trong và bên ngoài đều bằng áp suất khí quyển, không có một lực nào có thể buộc nước chảy ra ngoài.

Nhưng nếu bạn mở cái nút A ở cao hơn đầu dưới của ống thuỷ tinh thì chẳng những nước không chảy từ bình ra ngoài mà không khí bên ngoài lại còn đi vào trong bình nữa cơ đấy. Tại sao vậy? Nguyên nhân rất đơn giản: ở trong phần bình đó, áp suất của không khí nhỏ hơn áp suất khí quyển ở ngoài.

Cái bình có những tính chất đặc biệt đó là do nhà vật lí nổi tiếng Mariốt nghĩ ra, cho nên có tên là "bình Mariốt".

Tại sao các tàu biển lại hút lẫn nhau

Mùa thu năm 1912, chiếc tàu biển "Ôlimpic" một trong những chiếc tàu biển lớn nhất thế giới bấy giờ dã gặp một tai nạn như sau: Chiếc "Ôlimpich" đang chạy trên mặt biển và đồng thời cách nó chừng một trăm mét, chiếc thiết giáp hạm "Haukơ" nhỏ hơn nó nhiều, cũng đang lao đi hầu như song song với nó. Khi hai con tàu đi đến một vị trí giống như ở hình vẽ 29 thì xảy ra một chuyện hết sức bất ngờ: chiếc tàu hình như phục tùng một lực vô hình nào đó, quay đầu về phía con tàu lớn rồi cưỡng lại tay lái, và hầu như lao thẳng vào con tàu lớn. Kết quả là hai tàu húc phải nhau. Mũi tàu "Haukơ" đâm ngang vào tàu "Ôlimpich" mạnh đến nỗi sườn tàu "Ôlimpich" bị thủng một miếng to tướng.

Khi toà án hải sự xét đến cái án kì lạ này thì viên thuyền trưởng của con tàu "Ôlimpich" bị kết án là bên có lỗi bởi vì phiên toà tuyên bố rằng - ông ta đã không làm hiệu để cho con tàu "Haukơ" đang lao ngang tới tránh đường.

Do đó ta thấy rằng, phiên toà lúc bấy giờ không hề nhìn thấy điều gì kì lạ cả: chỉ đơn thuần là sự sơ ý của viên thuyền trưởng mà thôi. Kì thực đây lại là một trường hợp hoàn toàn không thể dự tính trước được: trường hợp tàu hút lẫn nhau ở trên mặt biển.

Những trường hợp như thế chắc chắn trước kia đã xảy ra nhiều lần khi có hai con tàu đi song song với nhau. Nhưng trong lúc chưa chế tạo được những con tàu thật lớn thì hiện tượng này xảy ra cũng không nghiêm trọng lắm. Chỉ mới trong những năm gần đây nhất, khi trên mặt biển xuất hiện "những thành phố nổi" thì hiện tượng tàu hút nhau mới hiện rõ rệt. Khi hải quân diễn tập, những người chỉ huy tàu chiến rất chú ý đến hiện tượng này.

Trong rất nhiều trường hợp chắc chắn đó cũng là nguyên nhân làm những con tàu nhỏ bị hỏng khi chạy nhanh gần bên cạnh những chiếc tàu chở khách và tàu chiến lớn.

Thế nhưng vì sao lại có sự hút nhau như thế? ở đây dĩ nhiên không phải là sự hút nhau theo định luật hấp dẫn vạn vật của Niutơn, bởi vì như chúng ta đã biết (chương IV) sức hút này quá nhỏ. Nguyên nhân của hiện tượng này hoàn toàn khác, phải giải thích bằng định luật về sự chảy của nước trong ống và trong sông đào mới được. Có thể chứng minh rằng, nếu nước chảy theo một con sông đào có chỗ rộng hẹp, thì ở những chỗ sông hẹp nó chảy nhanh hơn và ép vào bờ kênh yếu hơn so với lúc ở những chỗ sông rộng là nơi mà nước chảy lững lờ hơn và ép vào bờ kênh mạnh hơn (luận đề này được gọi là nguyên lí Bécnuly). Nguyên lí này cũng đúng với chất khí, hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Kơlêman - Đêdoómơ (theo tên những nhà vật lí đã khám phá ra nó và đôi khi còn được gọi là "Nghịch lí khí tĩnh học". Nghe nói, đầu tiên hiện tượng này ngẫu nhiên được phát hiện ra trong hoàn cảnh như sau. Trong một hầm mỏ ở nước Pháp, một công nhân được lệnh dùng lá chắn đóng cửa đường hầm thông với bên ngoài dùng để đưa không khí nén vào trong giếng mỏ. Người công nhân này đã phải vật lộn rất lâu với luồng không khí ùa vào trong giếng mỏ mà vẫn không đóng được nó, nhưng bỗng nhiên lá chắn tự đóng đến sầm một cái rất mạnh đến nỗi, nếu như lá chắn không đủ lớn thì nó có thể bị cuốn mạnh vào đường thông gió cùng với người công nhân đáng thương kia. ở đây nhân tiện cũng nói thêm rằng, cái đặc tính ấy của dòng khí cũng là nguyên nhân của sự hoạt động của bình phun nước hoa. Khi chúng ta thổi (h.31) vào cái ống ngang a có một đầu thót nhỏ lại thì áp suất của không khí lúc đi ngang qua chỗ thót nhỏ ấy sẽ giảm đi. Như thế là ở phía trên cái ống thẳng đứng b sẽ là không khí có áp suất tương đối nhỏ. Vì vậy áp suất khí quyển sẽ đẩy chất nước từ cốc chạy theo ống đi lên trên; tới miệng ống, chất nước hoà vào trong luồng không khí thổi tới và được phun thành những hạt nhỏ. Bây giờ thì chúng ta có thể hiểu được vì sao có lực hút giữa hai con tàu. Khi hai con tàu đi song song thì phần biển ở giữa chũng giống như là một con sông nhỏ. Trong các con sông thông thường thì bờ sông không chuyển động, còn ở đây thì ngược lại, nước không chuyển động mà bờ sông lại chuyển động. Nhưng tác dụng của các lực thì chẳng vì thế mà thay đổi chút nào: ở phần hẹp của con sông di động này, nước ép vào thành yếu hơn so với ở khoảng không gian xung quanh tàu. Nói khác đi, hai sườn tàu đối diện nhau chịu một áp suất của nước nhỏ hơn so với áp suất ở phần ngoài tàu. Như thế sẽ đưa đến hậu quả như thế nào? Dưới áp lực của nước ở bên ngoài các con tàu nhất định sẽ chuyển động hướng vào nhau, và dĩ nhiên con tàu nhỏ lệch hướng chuyển động rõ rệt hơn, còn con tàu lớn thì hầu như vẫn chạy theo đường cũ.

Đó là lí do tại sao có lực hút rất mạnh xuất hiện khi con tàu lớn phóng nhanh gần con tàu nhỏ.

Như vậy là, lực hút giữa các con tàu gây ra bởi tác dụng hút của dòng nước chảy. Điều này còn có thể giải thích sự nguy hiểm của dòng nước chảy xiết đối với người đang tắm, tác dụng hút của những dòng nước xoáy. Ta có thể tính ra rằng, dòng nước sông, khi chảy với vận tốc thông thường 1m/s, thì sẽ hút thân thể người ta với một lực là 300N! Dưới tác dụng của lực hút đó người khó mà đứng vững được, nhất là lúc đứng ở trong nước là lúc mà trọng lượng của bản thân của thân thể ta lại không giúp cho chúng ta đứng vững được. Cuối cùng, tác dụng hút của đoàn xe hoả lao nhanh cũng có thể giải thích được bằng nguyên lí Bécnuly: tàu chạy với vận tốc 50km/h sẽ hút người đứng cạnh đường ray với một lực xấp xỉ 80N.

Những hiện tượng có liên quan đến "Nguyên lí Bécnuly" thường thường xảy ra luôn, thế nhưng những người không chuyên môn lại ít biết. Cho nên, chúng tôi nghĩ rằng, giải thích những hiện tượng ấy kĩ hơn cũng có lợi.

Dưới đây chúng tôi xin trích dẫn một đôi đoạn trong bài luận văn phổ thông về đề tài này viết trong một tạp chí khoa học thường thức, để các bạn tham khảo.

Nguyên lí bécnuly và những hệ quả của nó

Nguyên lí do Đanin Bécnuly nêu ra lần đầu tiên vào năm 1726 được phát biểu như sau: trong dòng nước hoặc dòng không khí, ở chỗ nào vận tốc nhỏ thì áp suất sẽ lớn và ở chỗ nào vận tốc lớn thì áp suất sẽ nhỏ. Điều kiện ứng dụng nguyên lí này có những hạn chế nhất định nhưng ở đây chúng tôi không nói đến. Hình 34 minh hoạ nguyên lí này.

Không khí được thổi vào ống AB. Nếu tiết diện của ống nhỏ (như ở a) thì vận tốc của không khí lớn còn ở chỗ tiết diện lớn (như ở b) thì vận tốc của không khí nhỏ. ở nơi vận tốc lớn thì áp suất nhỏ, mà ở nơi vận tốc nhỏ thì áp suất lớn. Vì áp suất không khí ở a nhỏ cho nên chất lỏng ở ống C sẽ dâng lên; trong khi ấy, áp suất không khí tương đối lớn ở b sẽ làm cho chất lỏng ở ống D hạ xuống.

Trên hình 34 , ống T được gắn vào đĩa đồng DD; không khí được thổi qua T và lại còn tiếp tục đi ngang qua cái đĩa tự do dd [21] . Không khí ở giữa hai đĩa có vận tốc rất lớn, nhưng càng ra phía ngoài mép đĩa thì càng giảm xuống nhanh, bởi vì tiết diện của dòng không khí tăng rất nhanh và dòng không khí phải chống lại quán tính của không khí thoát ra từ khoảng không gian ở giữa hai đĩa. Nhưng, áp suất của không khí ở xung quanh đĩa rất lớn, bởi vì vận tốc nhỏ, còn áp suất không khí ở giữa hai đĩa thì nhỏ, bởi vì ở đó vận tốc lớn. Do đó tác dụng làm cho hai đĩa đến gần nhau của không khí bao xung quanh đĩa lớn hơn tác dụng muốn đẩy xa hai đĩa của dòng không khí ở giữa chúng: kết quả là dòng không khí từ ống T thổi ra càng mạnh thì đĩa dd bị hút vào đĩa DD cũng càng mạnh.

Hình 35 trình bày một thí nghiệm tương tự như ở h ình 34 chỉ có khác là dùng nước. Nếu như mép đĩa DD cong lên phía trên thì nước chảy nhanh trên đĩa DD đang ở mực nước thấp sẽ tự dâng lên cao đến bằng mực nước yên lặng ở trong bể. Do đó, nước lặng ở dưới đĩa có áp suất cao hơn nước đang chảy ở trên đĩa làm cho đĩa bị nâng lên. Trục P có công dụng giữ cho đĩa khỏi di động sang bên cạnh.

Hình 36 vẽ một quả cầu rất nhẹ lơ lửng ở trong dòng không khí. Dòng không khí thổi vào quả cầu và giữ không cho nó rơi xuống. Khi quả càu nhảy ra khỏi dòng không khí thì không khí xung quanh lại đẩy nó trở về dòng khí bởi vì áp xuất của không khí ở trong dòng khí thì nhỏ do vận tốc ở đó lớn.

Hình 38 vẽ hai con tàu đi cạnh nhau trong nước yên lặng hoặc đo cạnh nhau trong nước chảy thì cũng thế, phần nước ở giữa hai con tàu hẹp hơn cho nên vận tốc của nước ở đây lớn hơn vận tốc của nước ở phía ngoài hai con tàu. Thành thử áp suất của nước ở giữa hai con tàu nhỏ hơn áp suất của nước ở hai thành tàu phía ngoài. Kết quả là hia con tàu này bị nước có áp suất tương đối cao ở xung quanh đẩy lại gần nhau. Các thuỷ thủ thường biết rất rõ là hai con tàu đi cạnh nhau thì sẽ hút nhau rất mạnh.

Nếu hai con tàu, cái nọ đi sau cái kia một chút như ở hình vẽ 38 chẳng hạn, thì tình hình sẽ nghiêm trọng hơn. Hai lực làm cho hai con tàu gần nhau, F và F' sẽ có thể làm cho thân tàu chuyển hướng và tàu B bị đẩy quay về phía tàu A với một lực rất mạnh. Trong trường hợp này, hiện tượng tàu húc nhau không thể tránh được, bởi vì bánh lái không kịp đổi hướng chuyển động của con tàu.

Hiện tượng mô tả ở hình 38 có thể chứng minh bằng thí nghiệm sau đây. Treo hai quả bóng cao su nhẹ như ở hình 39 . Nếu bạn thổi không khí vào giữa hai quả cầu này thì chúng sẽ xích lại gần nhau và đập cả vào nhau.

Sóng và xoáy

Trong số những hiện tượng vật lí hàng ngày vẫn gặp có nhiều hiện tượng không thể giải thích được bằng những định luật sơ cấp của vật lí học. Ngay như hiện tượng sóng mà chúng ta thường nhìn thấy trên biển khơi trong những ngày có gió cũng không thể giải thích tường tận được bằng những kiến thức nằm trong phạm vi chương trình vật lí trường phổ thông. Cái gì đã làm cho sóng từ mũi con tàu đang chạy lan ra trên mặt nước yên lặng? Tại sao cờ lại phấp phới thành sóng khi có gió? Tại sao cát trên bờ biển lại xếp theo hình sóng gợn? Tại sao khói từ ống khói nhà máy toả ra lại cuộn lên như vậy?

Muốn hiểu rõ các hiện tượng này và những hiện tượng tương tự khác thì cần phải hiểu rõ đặc điểm của cái gọi là chuyển động xoáy của chất lỏng và chất khí. ở đây chúng tôi sẽ cố gắng trình bày một vài điều về những hiện tượng xoáy và nêu lên những đặc điểm chủ yếu của chúng, bởi vì, các sách giáo khoa phổ thông hầu như không nói tới hiện tượng này.

Chúng ta hãy thử tưởng tượng rằng, có một chất lỏng chảy ở trong ống. Nếu như tất cả các phần tử chất lỏng đều chuyển động trong ống dọc theo những đường song song thì, trước mắt chúng ta đó là dạng chuyển động đơn giản nhất của chất lỏng - chuyển động dừng, hoặc như các nhà vật lý học thường gọi là sự chảy "thành lá". Nhưng đây không phải là hiện tượng thường thấy nhất.

Ngược lại, sự chảy không dừng của chất lỏng ở trong ống mới là hiện tượng thường thấy nhất, lúc ấy có rất nhiều xoáy đi từ thành ống tới trục ống. Đó tức là chuyển động xoáy hay chuyển động cuộn. Thí dụ nước trong các ống của hệ thống dẫn nước chảy như vậy (trừ những ống dẫn nhỏ, bởi vì nước trong ống (có đường kính nhất định) đạt tới một độ lớn nhất định gọi là vận tốc tới hạn [22] thì bao giờ cũng có xoáy xảy ra. Nếu chúng ta bỏ một ít phấn nhẹ, như phấn thạch tùng chẳng hạn, vào trong chất nước trong suốt đang chảy qua một ống thuỷ tinh thì mắt ta có thể thấy rõ được các xoáy của chất nước chảy trong ấy. Lúc ấy ta có thể thấy rất rõ các xoáy đi từ thành ống tới trục ống.

Khi chế tạo các máy làm lạnh và ướp lạnh, người ta cũng đã lợi dụng đặc điểm đó của dòng xoáy. Chất nước chảy thành xoáy ở trong ống có thành lạnh nhất định sẽ làm cho hết thảy các phần tử của mình tiếp xúc với thành lạnh nhanh chóng hơn so với khi chuyển động không có xoáy; vì ta nên nhớ rằng, bản thân chất nước là một chất truyền nhiệt kém, nếu không quấy nó lên thì nó lạnh đi hoặc nóng lên rất chậm. Sở dĩ máy trao đổi nhiệt và trao đổi chất được với các tổ chức mà nó chạy qua cũng là vì sự lưu thông của máu trong huyết quản là chuyển động xoáy chứ không phải là chuyển động thành lá.

Hết thảy những điều vừa nói trên kia về ống cũng đúng với những con kênh và những dòng sông lộ thiên: trong kênh và trong sông nước chảy thành xoáy. Khi đo chính xác vận tốc chảy của nước sông, qua khí cụ đo người ta thấy rằng vận tốc luôn luôn thay đổi, nhất là ở gần đáy sông; những sự thay đổi này chứng tỏ rằng; dòng nước luôn luôn đổi hướng, tức là chảy thành xoáy. Các phần tử của nước sông chẳng những chuyển động dọc theo lòng sông như chúng ta thường nghĩ mà còn chuyển động từ bờ tới giữa sông nữa. Cũng vì lí do đó nên ý kiến khẳng định rằng, ở dưới sâu, nước sông quanh năm suốt tháng bao giờ cũng có cùng nhiệt độ (tức là +4 0 C), là không chính xác, bởi vì, do kết quả của sự khuấy động, nhiệt độ của nước chảy ở gần đáy sông (tình hình ở trong hồ thì không như vậy) cũng giống như nhiệt độ ở trên mặt sông.

Những xoáy hình thành ở gần đáy sông sẽ kéo cát nhẹ đi theo mình và tạo ra những "sóng" cát ở dưới đáy sông. Những sóng cát trên những bãi biển có sóng nước xô tới (h.42) cũng được tạo thành như vậy. Nếu như dòng nước ở gần đáy chảy dừng thì mặt cát ở dưới đáy cũng bằng phẳng.

Như vậy là ở sát bề mặt của những vật bị nước xô tới thường xuất hiện những xoáy. Qua hiện tượng chiếc dây thừng ngoằn ngoèo như hình một con rắn (khi một đầu buộc chặt còn một đầu để tự do), khi bị dòng nước cuốn theo, ta có thể tin chắc rằng những xoáy như thế quả có xuất hiện. Tại sao dây thừng lại như vậy? Khi có xoáy xuất hiện ở gần một đoạn thừng nào đó thì đoạn thừng ấy sẽ bị xoáy cuốn đi; nhưng sau một lát, một xoáy khác lại làm cho đoạn thừng đó chuyển động ngược lại; kết quả là dây thừng có hình ngoằn nghèo như con rắn (h.43).

Bây giờ chúng ta chuyển từ chất lỏng sang chất khí, từ nước sang không khí. Chúng ta ai mà chẳng đã từng thấy gió lốc cuốn bụi cát và rơm rác ở trên mặt đất? Đó chính là sự thể hiện của những

dòng không khí chuyển động xoáy dọc theo mặt đất. Khi không khí chuyển động dọc theo mặt nước, thì ở nơi hình thành các xoáy áp suất của không khí giảm đi, làm cho nước dâng cao lên thành sóng. Đó cũng là nguyên nhân gây ra những sóng cát trên sa mạc và trên sườn các cồn cát (h.46).

Bây giờ thì chúng ta có thể hiểu dễ dàng rằng, tại sao cờ lại nổi sóng trong gió (h44): hiện tượng xảy ra ở đây cũng giống hệt như ở trường hợp dây thừng trong nước chảy.

Những cách cứng của con quay xem gió không giữ được hướng cố định ở trong gió, mà luôn luôn dao động theo các xoáy. Sở dĩ khói từ trong ống khói của công xưởng toả ra từng cuộn cũng là do cùng nguyên nhân ấy: chất khí ở trong lò bốc ra ống khói theo chuyển động xoáy, mà chuyển động này, do quán tính, còn tiếp tục một thời gian sau khi rời khỏi ống khói (h47). Chuyển động xoáy của không khí có một tác dụng rất lớn đối với máy bay. Người ta chế tạo cánh máy bay có hình dạng thế nào để cho ở dưới cánh, nơi mà không khí loãng thì đã có vật liệu của cánh thay thế còn tác dụng xoáy ở trên cánh thì lại được tăng cường. Kết quả là ở phía dưới thì cánh máy bay được đỡ còn ở phía trên thì lại được hút lên (h.47). Khi chim giang cánh thì cũng xảy ra hiện tượng như vậy.

Khi gió thổi qua mái nhà thì nó tác dụng như thế nào? Các dòng xoáy không khí tạo ra ở trên mái nhà một khu vực không khí loãng: vì khuynh hướng làm cân bằng áp suất, không khí ở dưới nóc nhà bị hút lên trên và đè vào mái nhà. Kết quả là đã có một hiện tượng không may, mà đáng tiếc là lại thường hay xảy ra: một số nóc nhà nhẹ, đóng không chắc, bị gió thổi tung đi. Cũng do nguyên nhân ấy, những kính cửa sổ lớn, khi gió thổi, có thể bị nén vỡ từ trong ra ngoài (chứ không phải bị nén vỡ từ ngoài vào trong).

Tuy nhiên, nếu giải thích những hiện tượng này bằng sự giảm áp suất trong không khí chuyển động thì tương đối đơn giản hơn (xem "nguyên lí Bécnuly") trình bày ở trang 135.

Khi hai luồng không khí có nhiệt độ và độ ẩm khác nhau đi dọc theo nhau thì trong mỗi luồng đều có các xoáy hiện ra. Hình dạng muôn hình muôn vẻ của mây phần lớn cũng là do nguyên nhân này gây ra.

Các bạn xem, số lượng các hiện tượng có liên quan tới dòng xoáy nhiều biết chừng nào.

Du lịch ở trong lòng trái đất

Bán kính của Trái Đất bằng 6400km, thế mà vẫn chưa ai xuống sâu vào trong lòng đất được quá 3,3km. Muốn tới được tâm Trái Đất còn phải một đoạn đường cực dài nữa. Tuy thế nhà văn giàu sức tưởng tượng Giuyn Vécnơ đã để cho hai nhân vật chính trong cuốn tiểu thuyết của mình là vị giáo sư kì quặc Liđenbơrốc cùng với người cháu trai ácxen của ông đi du lịch xuống tâm Trái Đất.

Trong cuốn tiểu thuyết "Du lịch vào tâm Trái Đất", Giuyn Vécnơ đã mô tả sự tính mạo hiểm kinh người của hai nhà du lịch dưới đất ấy. Trong số những sự việc bất ngờ mà họ gặp ở dưới đất cũng có cả vấn đề không khí tăng khối lượng riêng. Càng lên cao không khí càng loãng đi rất nhanh: trong khi chiều cao của không khí tăng lên theo cấp số cộng thì khối lượng riêng của không khí giảm đi theo cấp số nhân. Ngược lại khi đi xuống những nơi thấp hơn mặt biển thì không khí, dưới áp suất của những lớp không khí bên trên, sẽ trở nên càng ngày càng dày đặc. Về điểm này, dĩ nhiên hai nhà du lịch dưới đất không thể không nhận thấy...

Dưới đây là cuộc nói chuyển của hai chú cháu ở độ sâu 12 dặm (48km) trong lòng Trái Đất.

- Cháu thử nhìn xem áp kế chỉ bao nhiêu? - Người chú hỏi.

- Áp suất rất cao.

- Bây giờ thì cháu thấy đấy, chúng ta cứ từ từ đi xuống sâu là sẽ quen dần với không khí dày đặc và chẳng phải lo ngại chút gì về vấn đề đó cả.

- Có điều tai hơi đau.

- Điều đó thì sá gì! - Chú nói rất phải - tôi không muốn tranh cãi, nên trả lời như vậy. - Trong không khí dày đặc cũng vẫn cảm thấy dễ chịu. Chú xem âm thanh ở đây mới vang dội làm sao!

- Dĩ nhiên là như thế. ở trong lớp khí quyển như thế này thì ngay đến người điếc cũng nghe thấy.

- Nhưng không khí sẽ ngày càng dày đặc hơn. Liệu cuối cùng nó có thể đặc như nước được không nhỉ?

- Dĩ nhiên là được: dưới áp suất 770 atmốtphe thì sẽ như vậy.

- Xuống sâu hơn nữa thì sao ạ?

- Khối lượng riêng còn tăng lên hơn nữa.

- Thế thì lúc ấy chú cháu mình làm thế nào đi xuống được nữa?

- Có thể bỏ một ít đá vào trong túi áo.

Ồ, chú ơi, lúc nào chú cũng có cách ứng phó cả!

Tôi không phỏng đoán nữa bởi vì tôi sợ nghĩ ra điều gì trở ngại cho cuộc du lịch rất có thể làm cho chú tôi tức giận.

Nhưng có một điều rõ ràng là dưới áp suất hàng nghìn atmốtphe, không khí có thể chuyển sang trạng thái rắn và lúc ấy, hãy cứ cho rằng con người có thể chịu đựng được áp suất ấy đi nữa thì chúng tôi cũng vẫn phải dừng lại.

Bấy giờ thì chẳng có cuộc tranh luận nào giúp chúng tôi giải quyết được vấn đề.

Dưới giếng mỏ sâu

Trong thực tế, chứ không phải trong các cuốn tiểu thuyết hoang đường, ai là người xuống gần tâm Trái Đất nhất? Đương nhiên là các thợ mỏ. Qua chương bốn chúng ta đã thấy rằng, giếng mỏ sâu nhất thế giới là Nam Phi; nó ăn sâu xuống tới trên 3km. Dĩ nhiên, độ sâu nói tới ở đây là độ sâu do chính con người đặt chân tới, chứ không phải độ sâu do mũi khoan xuyên tới, bởi vì mũi khoan đã xuyên tới độ sâu 7,5 km. Bác sĩ Luých cơ Đuyrơten, một nhà văn Pháp sau khi đi thăm một giếng mỏ ở công trường khai thác mỏ Môrô Vêlikhô (sâu gần 2.300m) đã mô tả về cái giếng đó như sau:

"Mỏ vàng nổi tiếng Môrô Vêlikhô ở cách Riô đơ Gianâyrô [23] 400km. Sau 16 giờ ngồi xe lửa lao qua những miền núi non trùng điệp, bạn sẽ đi xuống một thung lũng sâu có rừng cây bao bọc. Tại đây có một công ty Anh khai thác quặng vàng ở một độ sâu mà từ trước tới nay chưa từng có người nào xuống tới.

Mạch mỏ đi chênh chếch xuống sâu. Giếng mỏ cũng được xây dựng thành sáu bậc theo mạch nhỏ. Thẳng đứng thì có giếng, nằm ngang thì có đường hầm ngầm. Vì mục đích tìm vàng, con người mới có những cố gắng táo bạo nhất xuyên vào lõi Trái Đất - đào những giếng sâu nhất ở vỏ Quả Đất - đó quả là một đặc trưng nổi bật nhất của xã hội hiện nay. Bạn hãy mặc quần vải bạt và áo da. Bạn phải chú ý: một hòn đá cực nhỏ rơi xuống giếng cũng có thể làm cho bạn bị thương. Chúng ta sẽ được người đội trưởng trong mỏ đưa đi. Đi vào đường hầm ngầm đầu tiên ở đó ánh đèn rất sáng. Gió lạnh 4 0 C ở dưới đường hầm làm cho bạn run lên - đó tức là không khí lạnh quạt vào để hạ thấp nhiệt độ ở nơi sâu dưới giếng.

Sau khi đã ngồi vào cái lồng kim loại đi hết cái giếng thứ nhất sâu 700m thì bạn sẽ tới đường hầm ngầm thứ hai. Bạn tiếp tục đi xuống cái giếng thứ hai; không khí trở nên ấm hơn. Bạn đã xuống tới nơi thấp hơn mặt biển.

Bắt đầu từ cái giếng tiếp sau không khí nóng đến bỏng mặt. Bạn ướt đẫm mồ hôi, khom mình luồn qua cái cửa xây cuốn chật hẹp đi về phía có tiếng vù vù của máy khoan. Có rất nhiều người làm việc trong không khí bụi bay mù mịt. Mình họ nhễ nhại mồ hôi, luôn tay chuyển những bình đựng nước. Bạn đừng mó vào những hòm quặng vừa phá xuống: nhiệt độ của chúng là 57 0 C.

Kết quả của những hoạt động khủng khiếp và ghê sợ ấy là gì? - Gần 10kg vàng một ngày... [24] "

Khi mô tả điều kiện tự nhiên ở dưới đáy giếng mỏ và mức độ bị bóc lột cùng cực của anh em công nhân, nhà văn Pháp đó chỉ nêu lên nhiệt độ cao mà không nói tới sự tăng áp suất của không khí.

Bây giờ chúng ta hãy tính xem, áp suất của không khí ở nơi sâu 2.300m lớn đến mức độ nào. Giả sử nhiệt độ ở đó giống như nhiệt độ ở trên mặt đất thì theo công thức mà chúng ta đã biết, mật độ của không khí sẽ tăng lên.

(1,001) 2300/8 = 1,33 lần

Trên thực tế, nhiệt độ ở đó không phải là không thay đổi, mà có cao hơn trên mặt đất. Do đó mật độ của không khí không tăng lên như vậy, mà nhỏ hơn chút ít. Kết quả cuối là xét về phương diện khối lượng riêng thì sự sai khác giữa không khí ở dưới đáy giếng mỏ với không khí ở mặt đất chỉ lớn hơn sự sai khác giữa không khí oi bức mùa hè với không khí giá lạnh mùa đông chút ít mà thôi. Bây giờ chúng ta hiểu rõ rằng, tại sao sự sai khác đó ở dưới giếng mỏ lại không làm cho người tham quan chú ý. Nhưng, ở dưới những hầm mỏ sâu như thế thì độ ẩm khá lớn của không khí có ảnh hưởng rất lớn. ở nhiệt độ cao, nó có thể làm cho con người sống ở trong đó không chịu nổi. ở Nam Phi có một giếng mỏ sâu 2553m (Sôhansbuốc), ở nhiệt độ 50 0 C thì độ ẩm đạt tới 100/100. ở đây hiện nay người ta đang xây dựng một thiết bị tạo ra cái gọi là "khí hậu nhân tạo" để chống lại tình hình đó; tác dụng làm lạnh của thiết bị này tương đương với 2000 tấn nước đá.

* * *

[18] Trọng lượng riêng của nước ở vịnh Kara - Bôgát là 1,18. Sau đây là lời một nhà khảo cứu nói về tính chất đặc biệt đó của nước: "Trong nước có trọng lượng riêng như thế thì có thể bơi nổi mà không cần gắng sức chút nào, và người không thể chết đuối được, mặc dầu định luật Acsimét vẫn đúng" (A.D.Penoi, "Kara - Bôgát", 1934).

[19] Người điều khiển con tàu "ốc anh vũ" (N.D).

[20] Những tàu ngầm hiện đại được lắp động cơ nguyên tử làm cho con người được tự do lựa chọn đường đi ở những nơi không sâu lắm trong biển cả. Những nguồn dự trữ năng lượng dồi dào trên tàu ngầm giúp cho con tàu đi được rát xa không cần nổi lên mặt nước. Chẳng hạn như năm 1958 (từ ngày 22 tháng 6 đến ngày 5 tháng 8) chiếc tàu ngầm "ốc anh vũ" lắp động cơ nguyên tử của Mĩ đã chạy ngầm liên tục trong vùng biển Bắc cực, đi từ eo Biển Bêring tới eo biển Goroentano (Chú thích của ban biên tập).

[21] Làm thí nghiệm này với ống chỉ và vành giấy tròn thì đơn giản hơn. Để cho vành giấy không trượt sang một bên ta có thể cắm kim găm qua vành giấy rồi luồn kim qua lỗ ống chỉ.

[22] Với một chất lỏng nào đó thì vận tốc giới hạn tỉ lệ thuận với độ nhớt của chất lỏng và tỉ lệ nghịch với khối lượng riêng của nó và bởi đường kính của ống dẫn nó, (chi tiết hơn xin xem bài 7 trong cuốn "Những bài nói chuyển về cơ học" của Kianixiép).

[23] Riô đơ Gianayrô là thủ đô của Braxin ở Nam Mỹ.

[24] Trích trong tạp chí "ở nước ngoài" số 13 năm 1993.