Vì sao áp tai lên đường ray có thể nghe tiếng xe lửa ở rất xa?

Muốn biết có xe lửa từ xa chạy đến hay không, công nhân đường sắt hoặc hành khách thường áp tai lên đường ray lắng nghe. Nếu nghe thấy âm thanh thì không lâu sau đó xe lửa sẽ xình xịch chạy đến. Đó là vì sao vậy? Hoá ra là cái đó có quan hệ với tốc độ truyền âm thanh.

Chúng ta biết rằng, sự lan truyền của âm thanh có một tốc độ nhất định. Nhưng trong cuộc sống hằng ngày, có vẻ như âm thanh vừa phát ra là bạn nghe thấy ngay. Ví dụ như: bạn chuyện trò mặt đối mặt với người trong gia đình, thưởng thức tiết mục trên tivi v.v. Đó là do nguồn âm (vật thể phát ra âm thanh) ở rất gần chúng ta. Nếu nguồn âm cách chúng ta xa một chút, chẳng hạn xem máy đóng cọc làm việc ở xa, không khó gì mà bạn không nhận thấy, sau khi búa hơi rơi xuống một chớp mắt thì bạn mới nghe thấy tiếng va đập của búa hơi vào cọc gỗ.

Sự lan truyền của âm thanh chẳng những có tốc độ nhất định, mà trong môi trường khác nhau thì tốc độ đó cũng khác nhau. Ví dụ, trong không khí âm thanh có thể truyền vào khoảng 340 m/s; trong nước nó đạt tới 1440 m/s, còn trong đường ray thì nhanh hơn nữa, khoảng 5000 m/s. Tốc độ xe lửa nói chung là 100 - 200 km/h, có nghĩa là trong khoảng 60 m/s, chậm hơn rất nhiều so với tốc độ truyền âm trong đường ray. Nếu ở cách chúng ta 5 km có một đoàn xe lửa chạy tới, cần phải có thời gian hơn 80 giây thì xe lửa mới chạy đến trước mặt chúng ta; nếu đứng nghe thì phải gần 15 giây mới nghe thấy tiếng xe lửa; còn nếu áp tai lên đường ray thì chỉ cần khoảng một giây là có thể nghe thấy tiếng rì rì của xe lửa rồi.

Hơn nữa, cường độ âm thanh còn bị suy giảm trong quá trình truyền lan. Khi truyền trong không khí, âm thanh toả ra tứ phía xung quanh, suy giảm rất nhanh. Khi bạn nghe thấy tiếng xe lửa thì nó đã đến gần, vội vội vàng vàng thường gây ra thảm hoạ. Do tác dụng định hướng của đường ray đối với âm thanh, sự suy giảm của âm thanh trong đường ray diễn ra tương đối chậm.

Khi bạn áp tai lên đường ray nghe thấy âm thanh của xe lửa, bạn liền biết xe lửa đang chạy tới. Khi ấy nó cách chúng ta còn rất xa, bạn sẽ được an toàn.

Vậy nếu dùng mắt mà nhìn thì sao? Ánh sáng truyền nhanh hơn âm thanh rất nhiều. Với khoảng cách 5 km, ánh sáng chỉ cần 0,000017 giây là truyền đến rồi! Song do các nguyên nhân như sự che khuất của đường chân trời, che phủ của lớp sương và màn bụi, sự uốn khúc của đường ray, cản trở của công trình kiến trúc, dãy núi, khóm cây, v.v. nên chúng ta không sao có thể nhìn thấy rõ xe lửa ở nơi xa ngoài 5 km. Cho nên, muốn phán đoán có xe lửa từ xa chạy đến hay không thì phương pháp đơn giản dễ làm nhất là áp tai lên đường ray lắng nghe thử xem.