250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 50)

Âm thoa

1711

John Shore (c. 1662–1752), Hermann von Helmholtz (1821–1894), Jules Antoine Lissajous (1822–1880), Rudolph Koenig (1832–1901)

Âm thoa – những dụng cụ kim loại hình chữ Y khi bị gõ thì phát ra âm thanh thuần khiết có tần số không đổi – có vai trò quan trọng trong vật lí, y học, nghệ thuật, và cả văn chương. Sự xuất hiện [của âm thoa] mà tôi yêu thích là trong cuốn tiểu thuyết Gatsby Vĩ Đại, trong đó Gatsby “biết rằng khi ngài hôn cô gái này… tâm trí ngài sẽ không bao giờ rộn ràng một lần nữa như tâm trí của Chúa. Vì thế ngài chờ đợi, lắng nghe trong một khoảnh khắc ngân dài để âm thoa gõ lên một vì sao. Thế rồi ngài hôn cô gái. Lúc môi ngài chạm vào nàng, ngài có cảm giác người mình nở ra như một bông hoa…”

Âm thoa được phát minh vào năm 1711 bởi nhạc sĩ người Anh John Shore. Dạng sóng âm hình sin thuần khiết của nó khiến nó tiện lợi cho việc canh chỉnh các dụng cụ âm nhạc. Hai nhanh dao động lại gần và ra xa nhau, còn tay cầm dao động lên xuống. Chuyển động tay cầm là nhỏ, nghĩa là bạn có thể cầm âm thoa mà không làm giảm gì nhiều đối với âm thanh nó tạo ra. Tuy nhiên, có thể sử dụng tay cầm để khuếch đại âm thanh bằng cách đặt nó tiếp xúc với một bộ cộng hưởng, ví dụ một cái hộp rỗng. Các công thức đơn giản dùng để tính tần số âm thoa dựa trên các tham số như khối lượng của vật liệu làm âm thoa, bán kính và độ dài của hai nhánh, và suất Young của vật liệu, đó là một số đo độ cứng của nó.

Vào thập niên 1850, nhà toán học Jules Lissajous đã nghiên cứu các sóng sinh ra bởi một âm thoa tiếp xúc với nước bằng cách quan sát các gợn sóng. Ông còn thu được các số liệu Lissajous phức tạp bằng cách cho ánh sáng phản xạ liên tiếp từ một cái gương gắn với một âm thoa đang dao động lên trên một cái gương khác gắn với một âm thoa đang dao động theo hướng vuông góc, rồi phản xạ lên tường. Vào khoảng năm 1860, các nhà vật lí Hermann von Helmholtz và Rudolph Koenig đã nghĩ ra một âm thanh điều khiển bằng điện từ. Vào thời hiện đại, âm thoa được sở cảnh sát sử dụng để hiệu chỉnh các thiết bị radar kiểm soát tốc độ lưu thông.

Trong y khoa, âm thoa có thể được dùng để đánh giá thính lực của bệnh nhân và cảm giác rung ở trên da, cũng như để chẩn đoán gãy xương – thỉnh thoảng chỗ xương gãy làm giảm âm thanh do một âm thoa đang rung tạo ra khi áp âm thoa vào cơ thể gần chỗ vết thương và theo dõi bằng một ống nghe.

Âm thoa