Benjamin Crowell
2.3 Đưa năng lượng vào dao động
Khi đẩy một đứa trẻ trên ghế xích đu, bạn không thể nào chỉ tác dụng một lực không đổi. Một lực không đổi sẽ làm cho ghế xích đu lệch đi một góc nhất định, nhưng sẽ không làm cho ghế xích đu bắt đầu đung đưa. Bạn cũng không thể nào cấp những cái đẩy nhanh tại những thời điểm chọn trước ngẫu nhiên. Loại đẩy ngẫu nhiên này sẽ làm tăng động năng của đứa trẻ mỗi khi bạn xuất hiện đẩy theo cùng hướng chuyển động của nó, nhưng sẽ làm giảm năng lượng của nó nếu như bạn đẩy ngược lại hướng chuyển động của nó. Để làm cho đứa trẻ nhận thêm năng lượng, bạn phải thực hiện những cái đẩy đó một cách nhịp nhàng, đẩy tại cùng một điểm trong từng chu kì. Nói cách khác, lực của bạn phải hình thành theo kiểu lặp lại với tần số bằng với tần số bình thường của dao động của ghế xích đu. Hình d/1 cho thấy đồ thị x – t của đứa trẻ trông như thế nào khi bạn dần dần đưa thêm năng lượng vào dao động của nó. Đồ thị của lực tác dụng của bạn theo thời gian có khả năng sẽ là cái trông giống như đồ thị 2. Tuy vậy, hóa ra thật đơn giản hơn nhiều về mặt toán học khi xét một dao động với năng lượng bơm vào nó bởi một lực chi phối bản thân nó là một sóng sin, 3. Một thí dụ hay thuộc loại này là màng nhĩ của bạn bị chi phối bởi lực của sóng âm.
Bây giờ chúng ta biết thực tế thì đứa trẻ ở trên ghế xích đu sẽ không giữ cho năng lượng của nó tăng lên mãi mãi, cũng như màng nhĩ của bạn sẽ không đi đến nổ tung vì một sóng âm liên tục bơm càng lúc càng nhiều năng lượng vào nó. Trong mọi hệ thực tế, có năng lượng đi ra cũng như đi vào. Khi các dao động tăng biên độ, thì có sự tăng lượng năng lượng bị tiêu hao do tắt dần với từng chu kì. Điều này xảy ra vì hai nguyên nhân. Công bằng với lực nhân thời gian (hay, chính xác hơn, bằng diện tích nằm dưới đường cong lực-thời gian). Khi biên độ của dao động tăng, thì lực hãm giữ tác dụng ở quãng đường dài hơn. Hơn nữa, lực hãm thường tăng theo vận tốc (chúng ta thường giả sử cho đơn giản rằng nó tỉ lệ với vận tốc), và điều này cũng có tác dụng làm tăng tốc độ mà lực hãm làm tiêu tán năng lượng khi biên độ tăng. Cuối cùng (đứa trẻ nhỏ và màng nhĩ của chúng ta phải cảm ơn điều này!), biên độ đạt tới một giá trị cực đại, e, ở đó năng lượng bị tiêu hao bởi lực hãm đúng bằng năng lượng đưa vào bởi lực chi phối.
Quá trình đạt tới biên độ cực đại này xảy ra cực kì nhanh trong nhiều trường hợp, ví dụ như tai hay máy thu radio, và chúng ta thậm chí không để ý là mất 1 mili giây hay 1 micro giây cho các dao động “đi vào ổn định”. Vì thế, chúng ta chủ yếu tập trung vào tiên đoán hành vi của hệ một khi nó đã đủ thời gian để về cơ bản là đạt tới biên độ cực đại của nó. Đây được gọi là hành vi trạng thái ổn định của hệ dao động.
Bây giờ bàn tới phần hấp dẫn: điều gì xảy ra nếu như tần số của ngoại lực không tương xứng với tần số mà hệ sẽ dao động tự nhiên theo kiểu riêng của nó ? Chúng ta đều biết rằng một đài phát thanh không phải điều chỉnh chính xác, mặc dù một đài cho trước chỉ có thể nhận một vùng tần số nhỏ thôi. Các nhà thiết kế radio phải làm cho ngưỡng tần số khá nhỏ để nó có thể loại trừ những đài không mong muốn xuất hiện ở tần số lân cận, nhưng nó không thể nào quá nhỏ hoặc bạn sẽ không thể điều chỉnh núm xoay đủ chính xác (Cho dù radio kĩ thuật số có thể chỉnh tới 88,0 MHz, nó vẫn mang lại một đài 88,1 MHz). Tai chúng ta cũng có một số tần số dao động tự nhiên, nhưng trong trường hợp này, ngưỡng tần số mà nó có thể phản ứng khá rộng. Sự tiến hóa đã làm cho tần số của tai phản ứng rộng nhất có thể vì nó là tiện lợi của tổ tiên chúng ta có thể nghe mọi thứ từ một tiếng gầm nhỏ cho tới tiếng thét cao.
Phần còn lại của mục nay trình bày bốn thực tế quan trọng về phản ứng của một hệ với ngoại lực có tần số không nhất thiết bằng với tần số dao động tự nhiên của hệ. Cách trình bày là gần đúng và trực giác, nhưng chứng minh cho trong phần tự chọn sau đó.
Trước hết, mặc dù chúng ta biết tai có một tần số - khoảng 4000 Hz - mà nó sẽ dao động tự nhiên, nhưng nó không dao động ở 4000 Hz trong phản ứng với một tiếng khẽ 200 Hz. Nó luôn luôn đáp lại ở tần số mà nó bị kích thích. Nếu không thì mọi tiếng động sẽ nghe như là 4000 Hz đối với chúng ta. Đây là thực tế chung về dao động cưỡng bức:
(1) Trạng thái ổn định phản ứng với ngoại lực dạng sin xảy ra ở tần số của ngoại lực, chứ không ở tần số dao động tự nhiên riêng của hệ.
Bây giờ hãy nghĩ về biên độ của phản ứng trạng thái ổn định. Hãy tưởng tượng một đứa trẻ trên ghế xích đu có tần số dao động tự nhiên 1 Hz, nhưng chúng ta sẽ thử làm cho ghế xích đu của nó dao động tới lui ở 3 Hz. Bằng trực giác, chúng ta nhận thấy rằng một lực khá lớn là cần thiết để thu được một biên độ thậm chí 30 cm, tức là biên độ thì kém trong tỉ lệ với lực. Khi chúng ta đẩy ở tần số tự nhiên 1 Hz, về cơ bản chúng ta chỉ đưa năng lượng trở vào trong hệ để bù lại sự tiêu hao năng lượng do lực hãm (ma sát). Tuy nhiên, ở 3 Hz, chúng ta không chỉ làm trung hòa ma sát. Chúng ta còn cung cấp một ngoại lực làm cho xung lượng của đứa trẻ tự đảo chiều nhanh hơn so với nó tự đảo nếu như lực hấp dẫn và lực căng dây xích là những lực duy nhất tác dụng. Như thể là chúng ta đã tăng nhân tạo k của ghế xích đu, nhưng đây là nỗ lực buồn tẻ vì chúng ta mất thời gian làm giảm tốc đứa trẻ (lấy năng lượng ra khỏi hệ) đúng bằng thời gian làm tăng tốc nó (đưa năng lượng vào).
Bây giờ hãy tưởng tượng trường hợp trong đó chúng ta đẩy đứa trẻ ở tần số rất thấp, ví dụ như 0,02 Hz hoặc khoảng 1 dao động mỗi phút. Về cơ bản chúng ta chỉ giữ đứa trẻ ở vào vị trí trong khi đang đi tới lui rất chậm. Một lần nữa, bằng trực giác, chúng ta nhận ra rằng biên độ sẽ rất nhỏ trong tỉ lệ với lực điều khiển của chúng ta. Hãy tưởng tượng mức độ khó để giữ đứa trẻ ở mức ngang đầu chúng ta khi nó ở cuối ghế xích đu của nó! Như trong trường hợp quá nhanh 3 Hz, chúng ta mất đa phần cố gắng của mình ở việc làm thay đổi nhân tạo k của ghế xích đu, nhưng bây giờ thay vì tăng cường thêm cho lực hấp dẫn và lực căng, chúng ta lại đang thực hiện công trên chúng, làm giảm đáng kể k. Chỉ một phần rất nhỏ của lực của chúng ta đi vào làm trung hòa ma sát, và phần còn lại dùng ở việc lặp đi lặp lại việc đưa thế năng vào khi xích đu đi lên và lấy nó ra trở lại khi xích đu đi xuống, không có mặt lợi nào lâu dài.
Bây giờ chúng ta có thể khái quát hóa để đưa ra phát biểu sau đây, nó đúng cho mọi dao động cưỡng bức:
(2) Một hệ dao động cộng hưởng ở tần số tự nhiên riêng của nó. Nghĩa là, biên độ của phản ứng trạng thái ổn định là lớn nhất trong tương quan so với ngoại lực khi ngoại lực phù hợp với tần số dao động tự nhiên đó.
Ví dụ 5. Ca sĩ opera làm vỡ ly rượu
Để làm vỡ ly rượu bằng giọng hát, ca sĩ opera ban đầu phải gõ nhẹ vào ly để tìm tần số dao động tự nhiên của nó, và sau đó hát với đúng nốt đó.
Ví dụ 6. Sập đường cao tốc Nimitz trong một trận động đất
Tôi đã mở đầu chương với sự sụp đổ ngoạn mục của cây cầu Tacoma Narrows, chủ yếu vì nó đã được minh chứng tốt bởi một vị giáo sư vật lí địa phương và một người không quen biết đã quay phim sự sụp đổ. Sự sụp đổ một đoạn của đường cao tốc Nimitz ở Oakland, CA, trong trận động đất năm 1989, tuy vậy, là một thí dụ đơn giản hơn để phân tích.
Một trận động đất gồm nhiều dao động tần số thấp xảy ra đồng thời, đó là lí do nó nghe như một tiếng ầm ầm vô định, thay vì một tiếng rền thấp. Những tần số mà chúng ta nghe thậm chí không phải là những tần số mạnh nhất; đa phần năng lượng là ở dạng dao động trong ngưỡng tần số từ 1 Hz đến 10 Hz.
Lúc này mọi cấu trúc do chúng ta xây dựng đang đứng yên trên lớp địa chất gồm bụi, bùn đất, cát hoặc đá. Khi sóng động đất chạy dọc, lớp trên cùng tác dụng giống như một hệ với một tần số dao động tự nhiên nhất định, dạng giống như một khối jello ở trên đĩa lắc từ bên này sang bên kia. Tần số cộng hưởng của lớp đó phụ thuộc vào nó cứng như thế nào và nó sâu bao nhiêu. Đoạn xấu số của đường cao tốc Nimitz xây dựng trên một lớp bùn, và phân tích bởi nhà địa chất học Susan E. Hough của Ban điều tra địa chất Mĩ cho thấy tần số cộng hưởng của lớp bùn tập trung vào khoảng 2,5 Hz, và có bề rộng nằm trong ngưỡng từ 1 Hz đến 4 Hz.
Khi sóng động đất xuất hiện với hỗn hợp tần số của nó, lớp bùn phản ứng mạnh với những tần số nào gần với tần số 2,5 Hz tự nhiên riêng của nó. Thật không may, phân tích kĩ thuật sau cơn địa chấn cho thấy chính cây cầu dẫn cũng có tần số cộng hưởng 2,5 Hz! Lớp bùn phản ứng mạnh với sóng động đất với tần số gần 2,5 Hz, và cây cầu phản ứng mạnh với các dao động 2,5 Hz của bùn, làm cho các đoạn của nó đổ sập.
Ví dụ 7. Sự sụp đổ của cây cầu Tomaco Narrows
Bây giờ chúng ta hãy khảo sát trường hợp khó quan niệm hơn của cây cầu Tomaco Narrows. Điều ngạc nhiên ở đây là gió thổi đều. Nếu như gió thổi ở vận tốc không đổi, thế thì tại sao nó lắc cây cầu tới lui ? Câu trả lời có hơi phức tạp. Dựa trên cảnh phim quay và các thí nghiệm hầm gió sau sự cố, dường như có hai cơ chế khác nhau có liên quan.
Cơ chế thứ nhất là cái giải thích cho những dao động ban đầu, tương đối yếu, và nó bao hàm sự cộng hưởng. Khi gió thổi qua cầu, nó bắt đầu tác dụng giống như một cánh diều hay một cánh máy bay. Như chỉ rõ trong hình, nó tạo ra mẫu xoáy tít của không khí thổi xung quanh nó, thuộc loại bạn có thể thấy trong đám khói đang bốc lên. Khi một trong những xoáy này rời khỏi cây cầu, có một sự thay đổi đột ngột áp suất không khí, mang lại một lực hướng lên hoặc hướng xuống tác dụng lên cây cầu. Chúng ta thấy điều tương tự như lá cờ tung bay trong gió, trừ ở chỗ bề mặt của lá cờ thường là thẳng đứng. Chuỗi lực tới lui này đúng là loại ngoại lực tuần hoàn sẽ kích thích sự cộng hưởng. Gió thổi càng nhanh, các xoáy cuộn băng qua cầu càng nhanh, và tần số của ngoại lực sẽ càng cao. Ở vận tốc thích hợp, tần số sẽ đúng bằng tần số kích thích cộng hưởng. Tuy nhiên, các mô hình hầm gió cho thấy kiểu dao động của cây cầu kích thích bởi cơ chế này sẽ là kiểu khác với kiểu cuối cùng đã phá hỏng cây cầu.
Cây cầu có khả năng bị phá hủy bởi một cơ chế khác, trong đó các dao động của nó ở tần số tự nhiên riêng 0,2 Hz thiết lập một kiểu gió khác thổi giật trong không khí trực tiếp xung quanh nó, khi đó làm tăng biên độ dao động của cây cầu. Chu trình dữ dội này tự nó duy trì, làm tăng biên độ của dao động cho đến khi cuối cùng thì nó đổ sập.
Khi nào chúng ta nói về những cây cầu sập, thật đáng giá là nêu tường thuật về những cây cầu bị sập khi những người lính hành quân bước đều nhịp với tần số dao động tự nhiên của cây cầu. Hiện tượng này được cho là đã xảy ra vào năm 1831 ở Manchester, Anh, và một lần nữa vào năm 1849 ở Anjou, Pháp. Tuy nhiên, nhiều kĩ sư và nhà khoa học hiện đại tỏ ra nghi ngờ bản phân tích của những báo cáo này. Có khả năng sự đổ sập là do xây dựng tồi và quá tải chứ không phải cộng hưởng. Đường cao tốc Nimitz và cây cầu Tomaco Narrows được dẫn chứng bằng tài liệu tốt hơn nhiều, và xảy ra trong thời kì khi năng lực của các kĩ sư về việc phân tích các dao động của một hệ phức tạp đã tiến bộ hơn nhiều.
Ví dụ 8. Sự phát xạ và hấp thụ sóng ánh sáng bởi nguyên tử
Trong một chất khí rất loãng, các nguyên tử đủ xa nhau nên chúng có thể tác dụng như những hệ dao động riêng rẽ. Mặc dù những dao động đó thuộc loại lạ và khó hiểu được mô tả bởi lí thuyết cơ học lượng tử, nhưng chúng tuân theo cùng những quy luật như các dao động cơ bình thường. Khi một chất khí loãng cấu thành từ một nguyên tố nhất định bị nung nóng, nó phát ra sóng ánh sáng với tần số đặc biệt nhất định, giống như dấu vân tay của nguyên tố đó. Như với mọi dao động khác, các dao động nguyên tử này phản ứng mạnh nhất với ngoại lực phù hợp với tần số tự nhiên riêng của chúng. Như vậy, nếu chúng ta có một chất khí tương đối lạnh với sóng ánh sáng có tần số khác nhau đi qua nó, thì chất khí đó sẽ hấp thụ ánh sáng ở đúng những tần số mà nó phát ra ánh sáng nếu bị nung nóng.
(3) Khi một hệ bị đưa vào cộng hưởng, thì các dao động trạng thái ổn định có biên độ tỉ lệ với Q.
Điều này khá trực quan. Hành vi trạng thái ổn định là sự cân bằng giữa năng lượng cấp vào từ ngoại lực và năng lượng thất thoát do lực hãm. Một dao động tử Q thấp, tức là một dao động với lực hãm mạnh, mất năng lượng của nó nhanh hơn, mang lại chuyển động trạng thái ổn định biên độ nhỏ hơn.
J Nếu ca sĩ opera đi mua một ly đựng rượu mà cô ta có thể gây ấn tượng với bạn bè của mình bằng cách làm cho nó vỡ, thì cô ta nên tìm loại ly nào ?
Ví dụ 9. Dây đàn piano rung đồng cảm với nốt nhạc
Một nốt nhạc đủ cao hát gần cây đàn piano với nắp nổi có thể làm cho các dây tương ứng trong cây đàn piano dao động. (Đàn piano có một bộ ba dây cho mỗi nốt, cả ba được đánh bằng cùng một đầu cần) Tại sao thủ thuật này không hoạt động với đàn violin ?
@ Nếu bạn nghe âm thanh của đàn violin đang kéo (hiệu ứng ngón bật), bạn biết nốt nhạc tắt đi rất nhanh. Nói cách khác, Q của đàn violin thấp hơn nhiều Q của đàn piano. Điều này nghĩa là sự cộng hưởng của nó yếu hơn nhiều về biên độ.
Tại sao như vậy ? Thật chẳng hiển nhiên ngay là phải có mối quan hệ lôgic nào đó giữa Q và FWHM. Sau đây là ý tưởng. Như chúng ta đã thấy, nguyên nhân phản ứng của một dao động tử nhỏ hơn nhiều so với cộng hưởng là phần nhiều lực cưỡng bức được dùng để làm cho hệ tác dụng như thể nó có một k khác. Nói đại khái, các điểm phân nửa cực đại trên đồ thị tương ứng với nơi lượng lực cưỡng bức bị hao phí theo kiểu này bằng với lượng lực cưỡng bức sử dụng có ích để thay thế năng lượng bị tiêu hao bởi lực hãm. Nếu lực hãm mạnh, thì một lượng lớn lực là cần thiết để trung hòa nó, và chúng ta có thể hao phí một chút lực cưỡng bức làm thay đổi k trước khi nó có thể trở nên so sánh được với lực hãm. Mặt khác, nếu lực hãm yếu, thì cả một lượng nhỏ lực hao phí ở việc thay đổi k sẽ trở nên đáng kể trong tương quan tỉ lệ, và chúng ta không thể tiến rất xa khỏi tần số cộng hưởng trước khi hai thứ có thể so sánh được.
Ví dụ 10. Thay đổi độ cao thấp của thiết bị hơi gió
Người chơi kèn saxophone thường chọn nốt để chơi bằng cách chọn một ngón bấm nhất định, cho kèn saxophone một tần số cộng hưởng nhất định. Tuy nhiên, người nhạc sĩ cũng có thể thay đổi cao độ đáng kể bằng cách thay đổi sức căng của môi cô ta. Điều này ứng với đưa sừng hơi lệch khỏi cộng hưởng. Nếu cao độ có thể thay đổi khoảng 5% tăng hoặc giảm (khoảng nửa nhịp âm nhạc) mà không có quá nhiều nỗ lực, thì đại thể Q của saxophone bằng bao nhiêu ?
@ 5% là bề rộng về một phía của cộng hưởng, nên chiều rộng đầy đủ là khoảng 10%. FWHM/fres = 0,1. Giá trị này ngụ ý Q vào khoảng 10, tức là một khi người nhạc sĩ ngừng thổi, thì cái sừng sẽ tiếp tục phát ra âm thanh khoảng chừng 10 chu kì trước khi năng lượng của nó giảm đi 535 lần. (Những người chơi kèn saxophone nhạc blue và jazz sẽ thường chọn một miệng kèn có Q thấp, sao cho họ có thể thổi những âm hưởng mang phong cách của họ. “Người chơi đúng luật”, tức là những người chơi thiên về cổ điển, sử dụng một cấu hình Q cao hơn vì phong cách của họ chỉ yêu cầu sự biến thiên đủ mức âm để tạo ra tiếng réo rắt).
Ví dụ 11. Sự tắt dần của tiếng kèn saxophone
Nếu một cấu hình saxophone tiêu biểu có Q vào khoảng 10, hỏi mất bao lâu thời gian cho một tiếng kèn 100 Hz chơi trên một cây kèn saxophone giọng nam trung tắt đi 535 lần về năng lượng, sau khi người chơi đột ngột ngừng thổi ?
@ Q bằng 10 có nghĩa là mất 10 chu kì cho các dao động tắt đi về năng lượng 535 lần. 10 chu kì ở tần số 100 Hz ứng với thời gian 0,1 s, thời gian đó không lâu lắm. Đây là lí do tại sao một nốt saxophone không “rung” giống như một nốt chơi trên đàn piano hay ghita điện.
Ví dụ 12. Q của máy thu thanh
Một máy thu thanh dùng trong kênh FM cần phải điều chỉnh trong phạm vi khoảng 0,1 MHz đối với các tín hiệu khoảng 100 MHz. Hỏi Q của nó bằng bao nhiêu ?
@ Q = fres/FWHM = 1000. Đây là giá trị Q cực kì cao so với đa số các hệ cơ.
Ví dụ 13. Q của loa stereo
Chúng ta đã biết một lí do vì sao một loa stereo phải có Q thấp: nếu không thì nó sẽ tiếp tục rung sau cuối nốt nhạc trên bản thu âm. Lí do thứ hai là chúng ta muốn nó có thể phản ứng với một ngưỡng rộng tần số.
Ví dụ 14. Cộng hưởng từ hạt nhân
Nếu bạn từng chơi với một la bàn từ, chắc hẳn bạn đã chú ý thấy nếu bạn lắc nó, nó mất chút ít thời gian để ổn định trở lại, h/1. Khi nó ổn định, nó tác dụng giống như một dao động tử bị hãm thuộc loại chúng ta đã nói. Kim la bàn đơn giản là một nam châm nhỏ, và Trái đất là một nam châm to. Lực từ giữa chúng có xu hướng mang kim la bàn vào vị trí cân bằng trong đó nó sắp thẳng hàng với nam châm Trái đất.
Về cơ bản, cơ sở vật lí tương tự ẩn sau kĩ thuật gọi là cộng hưởng tử hạt nhân (NMR). NMR là một kĩ thuật dùng để luận ra cấu trúc phân tử của những hóa chất chưa biết, và nó cũng dùng cho việc chụp ảnh y khoa của phần bên trong cơ thể người. Nếu bạn từng đi chụp quét NMR, thật ra người ta sẽ cho bạn biết bạn đang chịu sự “chụp ảnh cộng hưởng từ” hay “MRI”, vì người ta hoảng sợ với từ “hạt nhân”. Thật ra, hạt nhân được nhắc tới đơn giản là hạt nhân không phóng xạ của các nguyên tử tìm thấy tự nhiên trong cơ thể bạn.
Sau đây là cách thức NMR hoạt động. Cơ thể bạn chứa số lượng lớn nguyên tử hydrogen, mỗi nguyên tử chứa một electron nhỏ, nhẹ quay tròn xung quanh một proton lớn, nặng. Proton luôn luôn quay tròn trên trục riêng của nó, và kết hợp của chuyển động quay của nó và điện tích của nó làm cho nó hành xử giống như một nam châm nhỏ. Nguyên tắc giống hệt như nguyên tắc của nam châm điện, gồm một cuộn dây có dòng điện chạy qua; chuyển động quay tròn của các điện tích trong cuộn dây làm cho cuộn dây có từ tính, và theo kiểu tương tự, chuyển động quay tròn của điện tích của proton làm cho proton có từ tính.
Giờ thì một proton trong một trong các nguyên tử hydrogen của cơ thể bạn tự tìm thấy nó bị vây quanh bởi nhiều hạt tích điện đang quay tròn khác: electron riêng của nó, cộng với các electron và hạt nhân của các nguyên tử lân cận khác. Những lân cận này tác dụng giống như nam châm, và tác dụng lực từ lên proton, h/2. k của proton đang dao động đơn giản là số đo của độ lớn tổng hợp của những lực từ này. Tùy thuộc vào cấu trúc của phân tử trong đó nguyên tử hydrogen tìm thấy nó, sẽ có một tập hợp đặc biệt lực từ tác dụng lên proton và một giá trị đặc biệt của k. Thiết bị NMR bắn phá mẫu vật với sóng vô tuyến, và nếu tần số của sóng vô tuyến phù hợp với tần số cộng hưởng của proton, thì proton sẽ hấp thụ mạnh năng lượng sóng vô tuyến và dao động dữ dội. Các dao động của nó bị hãm không phải bởi ma sát, vì không có ma sát bên trong một nguyên tử, mà bởi sự tái phát xạ sóng vô tuyến.
Bằng cách truy ngược lại qua chuỗi lí giải này, người ta có thể xác định sắp xếp hình học của các nguyên tử lân cận của nguyên tử hydrogen. Người ta cũng có thể định vị các nguyên tử trong không gian, cho phép ảnh chụp y khoa được tạo ra.
Cuối cùng, cần phải lưu ý rằng hành trạng của proton không thể mô tả hoàn toàn chính xác bằng vật lí học Newton. Các dao động của nó thuộc loại lạ lùng và quỷ quái được mô tả bằng các định luật của cơ học lượng tử. Tuy nhiên, thật ấn tượng là một vài khái niệm đơn giản mà chúng ta đã học được về sự cộng hưởng có thể vẫn áp dụng thành công để mô tả nhiều khía cạnh của hệ kì lạ này.
A. Nikola Tesla, một trong những nhà phát minh radio và là một nhà khoa học đam mê cuồng nhiệt, từng kể cho một phóng viên báo chí cả tin câu chuyện sau đây về ứng dụng của sự cộng hưởng. Ông chế tạo một máy dao động điện bỏ vừa trong túi của ông và gắn nó vào một trong những chùm thép của một tòa nhà đang xây dựng ở New York. Mặc dù trong bài báo mà ông được trích dẫn không nói thế, nhưng có lẽ ông khẳng định là đã điều chỉnh nó đến tần số cộng hưởng của tòa nhà. “Trong vài phút, tôi có thể cảm nhận là chùm thép đang rung lên. Sự rung tăng dần cường độ và trải rộng ra toàn bộ khối thép lớn. Cuối cùng, cấu trúc bắt đầu rạn vỡ và lắc lư, và những người công nhân chạy xuống đất trong trạng thái hoảng loạn, tin rằng đã có một trận động đất… [Nếu] tôi giữ thêm 10 phút nữa, tôi có thể làm cho tòa nhà nằm bẹp dí trên đường”. Hỏi câu chuyện này có hợp lí về mặt vật lí hay không ?
Còn tiếp...
Xem lại Phần 4
