Kiến thức vật lý học & ứng dụng trong đời sống

Các lốp xe ảnh hưởng đến sự an toàn của bạn đến mức nào khi bạn lái xe trên xa lộ? Yếu tố nào ngăn cho xe khỏi bị trượt và cho phép bạn kiểm soát xe khi bạn cua xe hay dừng lại? Ma sát làm được gì ở đây? Bề mặt lốp xe đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo ma sát hay chống trượt. Trong điều kiện khô ráo, một lốp xe nhẵn sẽ tạo lực đẩy lớn hơn bởi vì diện tích tiếp xúc lớn hơn sẽ làm tăng lực ma sát. Vì vậy, lốp xe dùng cho xe đua trên các đường đua có bề mặt nhẵn không có khía (Hình P.101). Rủi thay, một lốp xe nhẵn tạo ra rất ít ma sát khi đường ướt bởi vì sự ma sát bị giảm đáng kể do có lớp nước rất mỏng bôi trơn giữa mặt đường và lốp xe. Lốp xe có bề mặt nhiều khía sẽ tạo nên các rãnh cho nước bị ép thoát ra được và cho phép lốp xe tiếp xúc trực tiếp với mặt đường. Một lốp xe có khía có hệ số ma sát khô và ướt là khoảng 0,7 và 0,4. Giá trị này nằm giữa khoảng giá trị rất lớn khi khô (0,9) và rất nhỏ khi ướt (0,1) đối với lốp xe nhẵn.

doc88 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 2119 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Kiến thức vật lý học & ứng dụng trong đời sống, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
-------------------------------------------------------------------------------------------------------- KIẾN THỨC VẬT LÝ HỌC & ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Phạm Thị Hồng Nhung (sưu tầm) Ma sát của lốp xe hơi Các lốp xe ảnh hưởng đến sự an toàn của bạn đến mức nào khi bạn lái xe trên xa lộ? Yếu tố nào ngăn cho xe khỏi bị trượt và cho phép bạn kiểm soát xe khi bạn cua xe hay dừng lại? Ma sát làm được gì ở đây? Bề mặt lốp xe đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo ma sát hay chống trượt. Trong điều kiện khô ráo, một lốp xe nhẵn sẽ tạo lực đẩy lớn hơn bởi vì diện tích tiếp xúc lớn hơn sẽ làm tăng lực ma sát. Vì vậy, lốp xe dùng cho xe đua trên các đường đua có bề mặt nhẵn không có khía (Hình P.101). Rủi thay, một lốp xe nhẵn tạo ra rất ít ma sát khi đường ướt bởi vì sự ma sát bị giảm đáng kể do có lớp nước rất mỏng bôi trơn giữa mặt đường và lốp xe. Lốp xe có bề mặt nhiều khía sẽ tạo nên các rãnh cho nước bị ép thoát ra được và cho phép lốp xe tiếp xúc trực tiếp với mặt đường. Một lốp xe có khía có hệ số ma sát khô và ướt là khoảng 0,7 và 0,4. Giá trị này nằm giữa khoảng giá trị rất lớn khi khô (0,9) và rất nhỏ khi ướt (0,1) đối với lốp xe nhẵn. Lý thuyết ma sát cổ điển cần được sửa đổi cho lốp xe bởi vì cấu trúc mềm dẻo của chúng và độ dãn của cao su. Thay vì chỉ phụ thuộc hệ số ma sát giữa bề mặt đường và lốp xe (hệ số này quyết định bởi bản chất của mặt đường và cao su của lốp xe). Khả năng dừng tối đa cũng còn phụ thuôc vào độ bền của lốp xe với lực xé rách khi xe thắng gấp. Khi xe thắng gấp trên đường khô, lực ma sát tạo ra có thể lớn hơn sức bền của bề mặt lốp xe. Kết quả là thay vì chỉ bị trượt trên đường, cao su có thể bị xé rách. Rõ ràng độ bền chống lại xé rách sẽ phụ thuộc vào lớp bố cũng như hình dạng các khía. Trọng lượng của xe được phân bố không đều trên diện tích tiếp xúc với mặt đường, tạo các vùng áp suất cao thấp khác nhau (giống như khi bạn đi bộ bằng dép mỏng trên sỏi). Độ bền chống xé rách sẽ lớn hơn ở vùng có áp suất cao hơn. Hơn nữa, kích thước của diện tích tiếp xúc là rất quan trọng bởi vì lực đẩy là động hơn là tĩnh tức là nó thay đổi khi bánh xe lăn. Diện tích tiếp xúc càng lớn, lực đẩy càng lớn. Do đó, với cùng tải và trên cùng bề mặt khô, lốp xe rộng hơn sẽ có lực đẩy tốt hơn, làm xe có khả năng dừng tốt hơn. Khi bạn đi mua lốp xe, hãy suy nghĩ về điều kiện thời tiết và chất lượng mặt đường, cũng như vận tốc bạn lái xe. Nếu bạn lái xe trên đường tốt, bạn chỉ cần lốp xe có khía vừa phải. Nếu bạn lái xe trên đường bùn hay tuyết, bạn cần lốp xe thiết kế cho các điều kiện này. Xe đua chạy trên đường siêu tốc được trang bị lốp rộng, nhẵn gọi là “lốp tăng tốc”. Lốp xe đua trên đường khô có bề mặt tiếp xúc nhẵn. Lốp có khía được dùng phổ biến để tạo rãnh cho nước thoát ra khi chạy trên đường ướt (Hình P.102). Bởi vì nếu không có khía, lốp xe đua không thể chạy trên đường ướt. Những cây cầu Làm sao để qua sông? Có lẽ câu trả lời đầu tiên là làm một chiếc cầu. Người ta đã xây dựng những cây cầu trong nhiều thế kỷ, và ngày nay vẫn tiếp tục thiết kế và xây dựng những cây cầu dài hơn, đẹp hơn. Những cây cầu đầu tiên là những thân cây hay tấm đá gác lên hai bờ. Khoảng cách giữa những tấm đó phụ thuộc vào chiều dài và sức bền của vật liệu. Sự phát triển của giàn cầu, một tổ hợp các xà nối với nhau sao cho mỗi thanh chia một phần trọng lượng cầu, làm tăng tỉ số sức bền trên trọng lượng. Thành phần của giàn cầu là những thanh thẳng nối với nhau thành một loạt tam giác. Cấu trúc tạo thành nhẹ hơn và cứng hơn một thanh đơn và có thể chịu tải trên một khoảng cách lớn hơn. Trong thuật ngữ hiện đại thiết kế giàn cầu cần kiến thức về sự cân bằng và sức bền vật liệu. Hình P.201 - Cầu Mỹ Thuận thuộc tỉnh Vĩnh Long - Việt Nam là một cầu treo chống đỡ tải trọng bằng cách truyền các lực căng dọc theo cáp treo tới trụ chính, các trụ truyền các lực nén xuống đất. Những cầu giàn đầu tiên được làm bằng gỗ. Những giàn sau đó được gia cố bằng sắt hay làm toàn bộ bằng sắt. Vào cuối thế kỷ 19, vật liệu phổ biến để làm giàn cầu là thép. Hầu hết các cầu xa lộ ở Mỹ từ khoảng năm 1890 đến giữa thế kỷ 20 là những cầu giàn thép, đặc biệt đối với các nhịp từ 200 đến 400m. Các khoảng cách dài hơn có thể đạt được bởi cầu vòng cung. Thiết kế cơ bản của cầu vòng cung đã được hoàn thiện từ nhiều thế kỷ trước bởi người La Mã. Bí mật của cầu vòng cung là trọng lượng của nó và của tải đều là lực nén, điều này cho phép dùng đá làm vật liệu xây dựng. Một vài cây cầu đá làm từ thời La Mã đến nay vẫn con đứng vững. Thiết kế của vòng cung tạo ra một lực hướng xuống và ra mép đáy vòng cung. Một cầu vòng cung xây dựng đúng đắn có thề dài hàng trăm mét. Ví dụ, cầu vòng cung thép băng qua vịnh Sydney (Úc) dài 503m và cầu trên sông Gorger ở Đông Virginia (Mỹ) dài 518m. Cả hai cầu thép này dùng giàn thép gia cố trên vòng cung cơ bản. Nhịp cầu lớn nhất cho cầu vòng cung thép đã được ước tính là vào khoảng 900m. Hình P.202 - Một cầu vòng cung chống đỡ tải của nó bằng cách truyền các lực nén tới trụ chống. Cầu trên quốc lộ 1 ở California được tựa vào vách đá. Những nhịp cầu dài nhất đạt được với những cầu treo, treo bằng những dây cáp thép giữa những trụ cao. Đầu dây cáp được neo trên bờ bên kia bằng các chỗ neo bằng bêtông cứng. Nhờ có tỉ số sức bền trên trọng lượng lớn, cầu treo có thể làm dài hơn các loại cầu khác. Cầu Askashi-Kaikyo ở Nhật là cầu có nhịp dài nhất trên thế giới, với khoảng cách 170m giữa các trụ. Các cầu treo ngày nay dựa nhiều vào các nhà thiết kế của cầu Brooklyn, John Roebling và con trai là Washington Roebling. Vào năm 1866 Roebling Bố, người đã đi tiên phong trong việc xoắn dây từ đầu neo này đến đều neo kia qua đỉnh của cột, nhận nhiệm vụ thiết kế và xây dựng một cây cầu nối Brooklyn và Mahattan. Ba năm sau, việc thiết kế hoàn thành, John Roebling chết vì bệnh uốn ván do tai nạn ngay tại chỗ làm cầu. Con trai ông tiếp tục nhiệm vụ và giám sát việc xây dựng bằng cách dùng buồng kín nước gọi là buồng khí nén, để đến vùng áp suất cao ở móng cầu. Trong khi đang làm việc trong buồng khí nén, Washington Roebling bị bệnh khí ép do buồng bị mất khí đột ngột. Ông bị liệt một phần, và giám sát phần còn lại của công việc từ giường bệnh qua cửa sổ, vợ Ông là Emily thực hiện các lệnh của ông và chỉ đạo thợ. Khi cầu khánh thành vào tháng 5 năm 1883 nó là cầu treo dài nhất trên thế giới thời bấy giờ với nhịp chính dài 486m. Hình P.203 - Cầu giàn truyền tải trọng tới trụ bằng tổ hợp các lực nén (các vector hướng vào nhau) và lực căng (các vector hướng xa nhau). Cầu Mystic Tobin băng qua sông Mystic ở Boston, Massachusetts, là một ví dụ của cầu giàn. Hình P.204 - Cầu Pont du Gard ở gần Nîmes, miền Nam nước Pháp. Cầu là một hệ thống ống dẫn nước và được xây bởi người Roman vào đầu thế kỷ thứ nhất TCN. Cấu trúc vững chãi này vẫn đứng vững để chứng thực cho kỹ năng siêu việt của những người kỹ sư Roman. Năng lượng con người Định luật bảo toàn năng lượng có áp dụng cho cơ thể bạn không? Câu trả lời là có. Thực phẩm bạn ăn là nhiên liệu cung cấp năng lượng cho bạn tồn tại và làm việc. Các chất xúc tác, gọi là các enzyme, cho phép đốt cháy nhiên liệu này ở nhiệt độ cơ thể, biến đổi năng lượng hoá học thành nhiệt và năng lượng khác. Nếu bạn nạp vào quá nhiều nhiên liệu, một phần năng lượng sẽ được lưu trữ trong khối lượng cơ thể và bạn sẽ tăng cân. Nếu bạn nạp vào quá ít năng lượng, bạn sẽ giảm cân. Do đó, nếu bạn muốn duy trì cân nặng, năng lượng bạn nạp vào phải bằng năng lượng cơ thể bạn sử dụng. Sự cân bằng năng lượng này đôi khi được gọi là năng lượng đủ sống. Ở mọi nơi trên thế giới, năng lượng đều được đo bằng Jun. Calori là đơn vị dùng phổ biến để đo năng lượng thưc phẩm. Không có gì ngạc nhiên là năng lượng đủ sống phụ thuộc vào trọng lượng cơ thể và mức độ hoạt động. Hình B 3.1 trình bày năng lượng đủ sống phụ thuộc vào khối lượng cơ thể. Đường biên dưới ứng với người ít hoạt động. Đường biên trên ứng với người rất hoạt động. Ở Mỹ hầu hết mọi người nạp vào khoảng 2000 đến 3000 Calori mỗi ngày. Hầu hết năng lượng thực phẩm đưa vào chỉ để làm cơ thể tồn tại và giữ ấm. Khi bạn nằm yên trên giường, cơ thể bạn dùng năng lượng ít nhất, năng lượng trung bình dùng trong điều kiện đó, gọi là tốc độ trao đổi chất cơ bản, là khoảng 1400 Calori mỗi ngày cho phụ nữ và 1600 Calori cho đàn ông. Tốc độ này ứng với công suất trung bình khoảng 75W. Hầu hết các năng lượng nạp vào dùng để taí tạo tế bào. Năng lượng tiêu phí nhả ra dưới dạng nhiêt để duy trì nhiệt độ cơ thể. Khi bạn tăng cường hoạt động, nhu cầu năng lượng của bạn sẽ tăng lên. Ví dụ, hình B 3.2 chỉ ra tốc độ sử dụng năng lượng tăng lên khi tăng tốc độ đi bộ. Tốc độ tiêu thụ năng lượng tăng lên khi đi nhanh hơn có nghĩa là khi bạn nhấc chân hoặc tay, một ít năng lượng cần dùng để thắng ma sát bên trong cơ thể. Hơn nữa, các bắp thịt là kém hiệu quả trong việc chuyển năng lượng hoá học thành cơ năng. Chỉ khoảng một phần năm hoá năng dùng bởi các bắp thịt được chuyển thành cơ năng; phần còn lại tiêu tán dưới dạng nhiệt; điều đó giải thích tại sao bạn nóng hơn khi chạy. Mức tiêu thụ năng lượng trung bình của một người đàn ông không hoạt động là vào khoảng 2800 Calori, cho phụ nữ không hoạt động là khảng 2000 Calori. Những người làm việc nặng nhọc cần nhiều năng lượng hơn. Ví dụ một lực sĩ cần khoảng 8000 Calori mỗi ngày. Bạn dùng bao nhiêu năng lượng trong thể thao và các hoạt động khác? Bảng B6.1 cung cấp giá trị tiêu biểu cho một người nặng 70 kg. Để tìm giá trị cho bạn, nhân số trong bảng với khối lượng của bạn và chia cho 70. Bảng chỉ cho năng lượng trung bình. Khi bạn nhảy, ném hay cử tạ, năng lượng bạn cần có thể cao hơn. Số Calori dùng bởi người nặng 70kg trong 10 phút Hoạt động Năng lượng sử dụng (Calori) (Jun) Bóng chuyền 34 142,000 Đi bộ (5km/h) 40 167,000 Đi bộ (7km/h) 58 242,000 Chạy bộ chậm (7 phút - 1km) 91 380,000 Chạy bộ (5 phút –1km) 141 590,000 Đi xe đạp (10km/h) 47 197,000 Đi xe đạp (18km/h) 81 339,000 Bơi (ếch) 72 301,000 Bơi (sấp) 87 364,000 Thể dục mềm dẻo 49 205,000 Tennis 68 285,000 Bóng ném 95 398,000 Trượt tuyết (xuống dốc) 95 398,000 Trượt tuyết (đường bằng) 108 452,000 Trượt băng (vừa phải) 54 226,000 Chèo xuồng 70 293,000 Leo núi 100 420,000 Golf 54 226,000 Đo huyết áp Hầu như mỗi khi bạn đi kiểm tra sức khỏe, người ta đo huyết áp của bạn. Đó là một việc làm thông dụng nhất của ngành y. Người ta quấn một băng quanh tay bạn, bơm hơi căng, rồi lắng nghe qua ống nghe đặt vào tai trong khi nhả hơi ra từ từ. Chuyện gì xảy ra khi người ta đo huyết áp? Trái tim là một bắp thịt lớn, chịu trách nhiệm bơm máu đi khắp cơ thể. Máu từ cơ thể quay về qua tĩnh mạch về ngăn bên phải tim. Tim bơm máu này qua phổi. Phổi lấy khí dioxit cacbon ra khỏi máu và cấp oxy vào máu. Ngăn bên trái tim nhận máu giàu oxy từ phổi và bơm nó đi khắp cơ thể qua động mạch. Máu chảy từ động mạch đến tĩnh mạch qua các mao mạch. Y học quan tâm đến áp suất trong hai hoạt động của quả tim: huyết áp Tâm Thu, khi trái tim co lại; và huyết áp Tâm Trương, khi tim nghỉ giữa hai nhịp đập. Hoạt động bình thường của trái tim làm cho huyết áp dao động giữa hai giá trị này. Giá trị cao hay thấp bất thường của huyết áp có thể chỉ ra tình trạng bệnh tật vơí mức độ nghiêm trọng khác nhau. Cách trực tiếp nhất để đo huyết áp là nhét một ống đầy chất lỏng vào động mạch và nối nó tơí một máy đo áp suất. Mặc dù điều này thỉnh thoảng được làm, nhưng nó rất bất tiện. Phương pháp thường được dùng nhất là dùng một máy đo huyết áp. Một băng không đàn hồi có ruột có thể thổi phồng lên được được đặt vào cánh tay, ở độ cao vào cỡ độ cao của tim. Băng được nối trực tiếp tơí áp kế(Hình P.401). Khi băng được bơm phồng; nếu đủ áp suất, máu chảy qua động mạch tay sẽ dừng lại. Nêú băng đủ dài và bó sát vào cánh tay, áp suất trong mô của cánh tay sẽ bằng áp suát trên băng và cũng bằng áp suất trong động mạch. Thực tế là nguyên lý Pascal đã được áp dụng cho hệ thống gồm băng, cánh tay và động mạch. Sau khi dòng máu chảy bị ngưng, áp suất trong băng được giảm đi bằng cách nhả bớt hơi. Sự giảm áp suất tương đương vơí đường chấm chấm trên hình P.401. Tại điểm mà áp suất động mạch hơi vượt qua áp suất trong băng, máu sẽ chảy qua. Sự tăng tốc của máu qua mạch sẽ tạo ra một tiếng kêu nhận biết được nhờ ống nghe. Khi có tiếng kêu này, áp kế chỉ áp suất cực đại hay tâm thu. Khi áp suất trong băng tiếp tục giảm, có một tiếng kêu khác, ứng vơí áp suất tâm trương. Số đọc trên hình P.401 ứng vơí hai áp suất này và thường đọc là “110 trên 80” là giá trị bình thường cho người khoẻ mạnh. Số đo thực hiện bằng kỹ thuật này có thể thăng giáng tuỳ theo cách quấn băng cũng như việc ước lượng điểm tại đó âm thanh thay đổi. Tình trạng của áp kế, kích thước của tay và tốc độ băng được bơm hơi và nhả hơi cũng có thể có ảnh hưởng. Hình P.402 so sánh áp huyết đo trực tiếp từ động mạch vơí áp huyết đo gián tiếp bằng máy đo huyết áp. Hình P.401 Đo huyết áp bằng maý đo huyết áp. Âm thanh nghe được trong cánh tay xảy ra khi áp suất trong băng giảm xuống dươí áp suất tâm thu và áp suất tâm trương.  MỘT SỐ TỪ TRONG TIẾNG ANH VỀ TIM MẠCH và HUYẾT ÁP Sphygmomameter cuff băng của máy đo huyết áp Inflation bulb bóng bơm hơi artery động mạch Diastolic pressure áp huyết tâm trương systolic pressure áp huyết tâm thu cuff pressure áp suất trong băng Arterial pressure pulses xung áp suất động mạch Intraarterial pressure áp huyết trong động mạch cuff pressure áp huyết trong băng ventricle tâm thất auricle tâm nhĩ mitral valve van hai lá tricuspid van ba lá aorta động mạch chủ pulmonary veins tĩnh mạch phổi pulmonary artery động mạch phổi Trái Đất, Mặt Trăng và thuỷ triều Thủy triều là quen thuộc với bất cứ ai đã từng sống gần bờ biển. Ngoài biển khơi thủy triều lên cao khoảng nửa mét. Khi thủy triều tiến gần bờ, địa hình của bờ thường làm nước dâng cao hơn, thường vào khoảng ba mét. Thủy triều thay đổi theo từng nơi. Trong một vài vùng thủy triều thấp hơn, trong một số vùng khác thủy triều cao hơn. Ở vịnh Fundy ở Canada (Hình P.501) thuỷ triều lên cao tới 15m. Con người đã và đang mơ ước biến được chuyển động của thủy triều thành điện. Tuy nhiên, khả năng làm điều này bị hạn chế tới một số ít vùng nơi thủy triều thay đổi đủ lớn và nơi có thể xây được các đập ngang qua các kênh. Hiện nay, chi phí để xây dựng đắt hơn so với các phương pháp sản xuất điện khác. Thủy triều chủ yếu gây ra do sức hút của Mặt Trăng. Ngoài thủy triều trên đại dương, Mặt Trăng cũng gây ra điạ triều trên mặt đất, nhưng điạ triều khó quan sát hơn. Khi Mặt Trăng chuyển động trên quỹ đạo của nó, Trái Đất cũng chuyển động, bởi vì cả hai cùng chuyển động quanh khối tâm của hệ Mặt Trăng-Quả Đất. Bởi vì lực hấp dẫn tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, phần nước ở phía Trái Đất gần Mặt Trăng sẽ bị hút về Mặt Trăng với lực lớn hơn lực trung bình, trong khi phần nước ở phiá xa Mặt Trăng bị hút với lực nhỏ hơn lực trung bình. Hơn nữa chuyển động của Trái Đất quanh khối tâm cũng làm tăng chổ phồng của thuỷ triều về phía Mặt Trăng. Kết quả là xuất hiện hai chỗ phồng lên của đại dương ở hai phía đối nhau của Trái Đất. Bởi vì Trái Đất quay quanh trục của nó nhanh hơn Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất, và bởi vì ma sát giữa nước biển và đáy biển, Trái Đất kéo cực đại thủy triều đi trước vị trí tính toán của cực đại này (Hình P.502). Vị trí bất đối xứng của các cực đại này so với đường nối tâm Trái Đất và Mặt Trăng tạo ra một moment lực tác dụng lên Mặt Trăng. Moment lực này làm tăng moment xung lượng của Mặt Trăng. Theo định luật III Newton, một moment lực với cùng độ lớn sẽ tác động lên Trái Đất làm nó quay chậm lại. Mặc dù tổng moment xung lượng của hệ Mặt Trăng - Trái Đất là bảo toàn, moment xung lượng được truyền từ Trái Đất sang Mặt Trăng. Cơ năng toàn phần giảm do kết quả ma sát của thủy triều. Hệ quả là ngày sẽ dài ra vì Trái Đất quay chậm lại, và tuần trăng sẽ ngắn lại do Mặt Trăng quay nhanh lên. Do sự tăng của vận tốc, và do đó năng lượng, khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất sẽ tăng lên. Các hiệu ứng này đã được đo: độ dài của ngày đang tăng dần với tốc độ 20ms mỗi năm, và Mặt Trăng đang đi xa khoảng 3cm mỗi năm. Các tính toán chỉ ra rằng Mặt Trăng sẽ tiếp tục đi xa Trái Đất cho đến khi nó đạt khoảng cách khoảng 75 lần bán kính Trái Đất. Khi đó độ dài của ngày trên Trái Đất sẽ bằng tuần trăng, và Trái Đất và Mặt Trăng sẽ quay cùng tốc độ. Khi đó Trái Đất sẽ luôn luôn quay một mặt về phía Mặt Trăng, giống như Mặt Trăng hiện nay chỉ luôn luôn hướng một mặt về Trái Đất. Hình P.502 - Cực đại thuỷ triều xảy ra trước đường nối tâm Trái Đất và Mặt Trăng vì sự quay của Trái Đất. Hình nhìn từ trên cực xuống (kích thước thuỷ triều đã phóng đại cho dễ nhìn.) Sức căng bề mặt và phổi Hãy hít vào một hơi dài. Bạn có lẽ không bao giờ ngờ rằng, trong phổi có một hiện tượng vật lí lý thú xảy ra mỗi khi bạn thở. Nó luôn luôn xảy ra mà có thể bạn không hề biết, nhưng hiện tượng đó thật là kỳ diệu. Không khí đi vào hai cuống phổi và chia nhánh nhỏ cho đến tận cùng là các túi nhỏ, gọi là các phế nang (Hình P.601). Ở đó xảy ra sự trao đổi các chất khí với máu. Phổi người lớn có khoảng 600 triệu phế nang. Sức căng bề mặt của chất phủ mặt trong của phế nang điều khiển nhiều chức năng quan trọng của phổi. Trước hết, hãy xét hai quả bóng xà phòng nối với nhau bằng một ống có van (Hình P.601). Chuyện gì sẽ xảy ra khi mở van? Khi mở van, bóng bóng lớn sẽ to lên trong khi quả bóng nhỏ lại cho đến khi mất hẳn. Chúng ta có thể hiểu được điều này trên quan điểm năng lượng. Giống như một giọt chất lỏng tự do có hình cầu để làm giảm tối thiểu năng lượng bề mặt, các bong bóng xà phòng cũng biến đổi sao cho diện tích bề mặt là tối thiểu. Diện tích bề mặt của một quả cầu lớn sẽ nhỏ hơn khoảng 30% so với diện tích bề mặt của hai quả cầu nhỏ với cùng thể tích như quả cầu lớn. Do đó, khi mở van, hai bong bóng sẽ nhập thành một. Nếu hiệu ứng bóng bóng lớn thu lấy bóng bóng nhỏ xảy ra trong phổi, các phế nang nhỏ hơn sẽ biến mất và các phế nang lớn hơn sẽ to lên. Điều này không xảy ra nhờ chất bề mặt phổi, chất này phủ bên trong phổi. Thực nghiệm chứng tỏ rằng sức căng của chất bề mặt phổi tăng theo diện tích, trái với nước và hầu hết các chất lỏng khác. Điều này có nghĩa là năng lượng bề mặt của các phế nang lớn hơn. Mặc dù có tỉ số bề mặt trên thể tích nhỏ hơn, năng lượng bề mặt vẫn có thể bằng năng lượng bề mặt của phế nang nhỏ hơn. Do đó các tuí khí lớn và nhỏ vẫn có thể tồn tại cân bằng. Kết quả thực nghiệm chứng tỏ rằng sự biến thiên của sức căng bề mặt với diện tích cũng giải thích một hiện tượng khác trong phổi. Nếu bạn hít một hơi dài rồi thả lỏng cơ ngực, không khí sẽ bị đẩy ra khỏi phổi. Một lý do của điều này là tính đàn hồi của các mô làm phổi co lại và ép hơi ra. Tuy nhiên, thí nghiệm đã chứng tỏ rằng chỉ có tính đàn hồi của phổi không đủ để giải thích hiện tượng mà lý do chính của hiện tường này là do sức căng bề mặt trong phế nang, làm cho chúng co lại và đầy hơi ra. Hơn nữa, hiệu ứng này phụ thuộc vào chất mà sức căng bề mặt tăng cùng vơí diện tích, nếu không xu hướng đẩy hơi ra khi phổi đã xẹp xuống sẽ yếu hơn nhiều. Việc thở bình thường chỉ có thể có được khi trong phổi có đủ chất bề mặt và có sức căng bề mặt thích đáng. Nếu sức căng bề mặt lớn hơn bình thường sẽ khó thở, nếu sức căng bề mặt thấp hơn bình thường xu hướng đẩy hơi ra khi phổi xẹp xuống sẽ giảm. Vài trẻ em sơ sinh, đặc biệt là những trẻ thiếu tháng, không có đủ chất bề mặt làm cho phổi khó nở ra. Nếu không dược chữa trị tức thời, những em bé này sẽ chết ngay sau khi sinh vì thiếu oxy. Tình trạng này được gọi là hội chứng suy hô hấp. Hình P.601 - Mô hình bằng nhựa của đường dẫn không khí trong phổi. Các đường tận cùng bằng các phế nang. Hình P.602   Hai bong bóng xà phòng bán kính khác nhau nối qua một ống Khi van mở ra, bong bóng lớn hơn sẽ phình to trong khi bong bóng nhỏ co lại. Động cơ xăng Các quảng cáo xe hơi mới thường nhấn mạnh sự gia tăng hiệu suất động cơ. Quả thật là, trong những năm qua đã có nh