Bài toán săn mồi của cá điện Electrophorus

Cá điện (Electrophorus) ẩn náu trong các sông ở Nam Mỹ, giết các con cá bằng cách phóng ra các xung điện. Cách phát ra dòng điện bằng các pin sinh học được gọi là các bản điện. Đó là các nguồn điện sinh học. Các bản điện của cá điện Nam Mỹ được sắp xếp thành 140 dãy, mỗi dãy chứa 5000 bản điện, trải dài theo thân cá.  Mỗi bản điện có suất điện động bằng 0,15V và điện trở nội r = 0,25W.

a) Nếu nước có điện trở Rn = 800W, hỏi dòng điện mà cá điện có thể gửi qua nước từ gần đầu đến đuôi nó có cường độ bằng bao nhiêu?

b) Hỏi dòng điện đi qua mỗi dãy có cường độ là bao nhiêu?

c) Giải thích tại sao khi giết các con cá mồi bằng cách phóng điện thì cá điện lại không bị choáng váng hoặc tự giết mình bằng dòng điện do nó sinh ra?

Giải:

a) Sđđ tổng cộng Edãy dọc theo một dãy gồm có 5000 bản điện Edãy = 5000E = (5000)(0,15V) = 750V Điện trở tổng cộng dọc theo một dãy: Rdãy = 5000r = (5000)(0,25W) = 1250W Điện trở tương đương của mạch gồm 140 dãy: Rtđ = Rdãy/140 = 1250/140  = 8,93W Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta có: I = Edãy/(Rn +Rtđ) = 750/(800+8,93) = 0,927A » 0,93A b)       Idãy = I/140 = 0,927/140= 6,6´10-3A c) Dòng qua mỗi dãy là nhỏ, nhỏ hơn hàng trăm lần so với dòng chạy qua nước. Điều đó có nghĩa cá điện không bị choáng váng hay tự giết mình khi nó làm choáng váng hay giết con cá mồi.

Tại sao người Sinai trên sa mạc thường mặc áo choàng đen?

      Chúng ta biết rằng vật mầu trắng thì phản xạ ánh sáng tốt, còn vật mầu đen thì hấp thụ hầu hết ánh sáng nên sẽ nóng hơn vật mầu trắng.

       Trên sa mạc đầy nắng và gió, nhiệt độ rất cao mà người du mục Sinai vẫn mặc áo choàng đen? Lý do rất đơn giản là người Sinai cảm thấy mát mẻ hơn khi mặc áo choàng đen so với áo mầu sáng. Nguyên nhân nào khiến mặc áo choàng đen lại mát hơn áo choàng sáng mầu. Nghe có vẻ vô lý nhưng thực tế lại rất có lý.

       Cơ thể con người điều hòa thân nhiệt bằng cách toát mồ hôi, nhưng khi mồ hôi thát ra nhiều mà không làm nó bay hơi đi ngay thì chúng ta còn cảm tháy nóng bức hơn. Chất lỏng nói chung có một đặc điểm khi bay hơi thì làm cho chất lỏng lạnh đi. Các phân tử chất lỏng chuyển động nhiệt gần như hỗn lọa, khi một số phân tử bứt ra khỏi bề mặt chất lỏng thì làm cho một phần nhiệt lượng của chất lỏng giảm đi và nhiệt độ của nó cũng giảm xuống. Vậy để điều hòa được thân nhiệt thì phải làm cho mồ hôi thoát đi thật nhanh.

       Khi mặc áo choàng mầy đen đi trên sa mạc thì nó sẽ hấp thụ một lượng nhiệt lớn và làm cho bề mặt của nó nóng lên. Nhiệt độ bên ngoài áo nóng hơn nhiệt độ bên trong nên xuất hiện hiện tượng đối lưu giữa không khí bên trong và ngoài áo làm xuất hiện một luồng gió luôn thổi bên trong áo và làm mồ hôi thoát đi rất nhanh. Tương tự như có một cái quạt máy tự nhiên luôn bên cạnh.

      Mặt khác, còn một nguyên nhân nữa là áo của người Sinai được làm bằng vải cotton (vải bông) có khả năng thấm mồ hôi rất tốt, các sợi vải như những ống mao dẫn dẫn mồ hôi ra bề ngoài áo, khi gặp gió và nhiệt độ cao bên ngoài làm cho mồ hôi bốc hơi rất nhanh.

      Vậy, khi đi trên sa mạc chúng ta hãy chọn cho mình một bộ áo choàng mầu sẫm để có thể chịu được sức nóng trên sa mạc.

Áp suất của bức xạ Mặt Trời

Chúng ta hãy đánh giá độ lớn của áp suất bức xạ Mặt Trời. Giả sử trong 1 giây có N photon đập vào vệ tinh có tiếp diện S. Nếu chúng bị bề mặt vệ tinh hấp thụ hết qua mỗi giây chúng truyền cho vệ tinh một xung lượng bằng Ne/c, trong đó e = hf là năng lượng của photon và c là vận tốc của ánh sáng trong chân không. Nhưng nếu các photon bị phản hồi hết từ vệ tinh thì chúng lại truyền cho vệ tinh một xung lượng lớn gấp đôi. Do đó mà ta phải tính đến ảnh hưởng của áp suất của ánh sáng vào vệ tinh.
trong một đơn vị thời gian, Mặt Trời bức xạ theo mọi phương một năng lượng bằng L = 4.10²⁶ W. Nếu vạch ra quanh Mặt Trời một mặt cầu có bán kính r' bằng khoảng cánh từ tâm Mặt Trời đến vệ tinh thì diện tích của mặt cầu đó là 4pr’^2. Và phần bức xạ Mặt Trời rơi vào vệ tinh sẽ bằng S/4pr’² (hình vẽ). Như thế lực ép của bức xạ ánh sáng tác dụng lên vệ tinh sẽ bằng:

F_bx » LS/(4pr’²c) và gia tốc mà lực đó cấp cho vệ tinh sẽ là: a_bx = F_bx/m = LS/(4pr’²c).

Với một vệ tinh nhân tạo có khối lượng m cỡ 70kg, tiếp diện S cỡ 1000m², bay ở khoảng cánh r' » 1,5.10¹¹  m kể từ Mặt Trời, ta tính được  a_bx  » 5.10^-3  m/s² .

Ta dễ thấy, đại lượng a_bx nhỏ hơn nhiều gia tốc a_c  gây nên lực cản khí quyển cũng như so với a_dẹt liên quan đến độ dẹt của Trái Đát. Tuy nhiên dù sao hiệu ứng này vẫn biểu hiện ra, khiến các tham số của quỹ đạo vệ tinh như tầm cao của cận điểm và viễn điểm chẳng hạn có những dao động tuần hoàn.

Thảm họa Hiroshima

Video mô phỏng vụ nổ bom nguyên tử ở Hiroshima

Ảnh những người trên chuyến bay ném bom xuống thành phố Hiroshima

Ngày 6 tháng 8 năm 1945, quả bom nguyên tử thứ nhất mang tên "Little Boy" được thả xuống thành phố Hiroshima, Nhật Bản. Sau đó 3 hôm, ngày 9 tháng 8 năm 1945, quả bom thứ hai mang tên "Fat Man" đã phát nổ trên bầu trời thành phố Nagasaki.
Số người thiệt mạng ở thành phố Hiroshima ước tính khoảng 140.000 người, còn thành phố Nagasaki khoảng 74.000 người.
Nước Mỹ đã nêu lý do ném 2 quả bom là để giảm thiểu thương vong cho các nước tham chiến với Nhật trong đế chiến thứ 2, nhưng tất cả những lời đó đều là ngụy biện. Việc ném bom chống lại dân thường đều là hành vi vô đạo đức của những người cầm quyền nước Mỹ bấy giờ.

Các hành tinh trong vũ trụ liệu có va vào nhau?

Nếu trái đất ở rất gần các hành tinh khác và chúng chuyển động ngược chiều nhau thì khả năng đụng độ rất dễ xảy ra. Nhưng thực tế, trái đất và các hành tinh đều ngoan ngoãn quay trên những quỹ đạo nhất định khiến cho chuyện đó là không thể.

Mặt trăng là thiên thể gần trái đất nhất, cách chúng ta 384.000 km. Khoảng cách giữa mặt trời và trái đất là 149,6 triệu km (hãy tưởng tượng muốn đi bộ tới quả cầu lửa này, bạn phải mất hơn 3.400 năm). Các hành tinh khác trong hệ mặt trời cũng ở rất xa, và bởi chịu sức hút của mặt trời nên chúng đều có một quỹ đạo ổn định. Do đó chúng không có cơ hội đụng độ với hành tinh xanh.

Các ngôi sao khác trong vũ trụ cách trái đất còn xa hơn nữa. Sao Biling là gần nhất, cách trái đất 4,22 năm ánh sáng, tức là từ vì tinh tú này tới trái đất, ánh sáng phải “ì ạch” mất 4 năm 3 tháng.

Trong khoảng không vũ trụ gần hệ mặt trời, trung bình các sao cách nhau khoảng trên 10 năm ánh sáng. Hơn nữa, chúng đều chuyển động theo một quy luật nhất định. Mặt trời cũng như tất cả các sao trong dải Ngân Hà đều chuyển động xung quanh trung tâm hệ theo một quy luật riêng chứ không phải là hỗn loạn. Bởi vậy, rất ít khả năng các sao trong dải Ngân Hà va chạm nhau.

Theo tính toán của các nhà khoa học, trong hệ Ngân Hà trung bình khoảng một tỷ tỷ năm mới xảy ra một va chạm giữa các sao. Tuy nhiên, xác suất các sao chổi va quyệt vào hành tinh thì thường xuyên hơn nhiều.

Cảnh giác với thiên lôi

Trong khi đang đứng trên một bệ để ngắm cảnh vườn quốc gia Sequoia, người đàn bà (ảnh bên) thấy tóc của mình dựng đứng lên. Thấy tức cười, em bà đã chụp cho bà bức ảnh.

Năm phút sau chị em bà rời khỏi bệ, sét đã đánh vào bệ đó, làm chết một người và làm bị thương bẩy người.

Cái gì đã làm cho tóc người đàn bà dựng đứng lên ? Vẻ mặt của bà không toát ra sự sợ hãi – nhưng lẽ ra bà ta đã phải khiếp hãi.

Nếu là bạn, bạn có cười thích thú như vậy không? và có nhờ ai đó chụp cho một vài kiểu ảnh để làm kỉ niệm không?

Bây giờ ta hãy đi trả lời những câu hỏi ở trên. Vì bà ta đứng trên một bệ nối liền với đỉnh triền núi, nên gần như có cùng điện thế với triền núi. Một hệ mây tích điện cao ở phía trên đã tạo ra một điện trường lớn quanh bà ta với véctơ cường độ điện trường E hướng từ núi và từ người phụ nữ ấy ra ngoài. Các lực tĩnh điện do từ trường đó đã đẩy một số êlectrôn trong người bà ta xuống dưới làm cho các bện tóc tích điện dương. Độ lớn của E khá lớn nhưng nhỏ hơn cỡ 3 ´ 10⁶V/m là giá trị để có thể ion hóa các phân tử không khí (Giá trị đó đạt được thì có sét đánh).

Các mặt đẳng thế bao quanh người phụ nữ đó có thể phỏng đoán theo tóc của bà ta: các bện tóc được kéo ra dọc theo chiều của véc tơ cường độ điện trường E và do đó vuông góc với các mặt đẳng thế như đã vẽ trên hình. Độ lớn của E rõ ràng lớn nhất (các mặt đẳng thế gần nhau nhất) ngay ở trên đầu bà ta, vì tóc ở đấy vươn xa hơn tóc phía bên của đầu.

Bài học ở đây thật đơn giản. Nếu điện trường làm cho tóc trên đầu bạn dựng đứng lên, tốt hơn hết là chạy tìm nơi ẩn nấp mà không nên đứng lại để chụp ảnh.