Vì sao thấy pháo hoa trước rồi mới nghe tiếng nổ, đếm giây đoán xa

Ta thấy pháo hoa trước rồi mới nghe tiếng nổ vì ánh sáng đi nhanh hơn âm thanh gần một triệu lần: ánh sáng tới mắt gần như tức thì, còn âm thanh chỉ đi khoảng 340 mét mỗi giây. Cứ chậm khoảng 3 giây là quả pháo cách mình khoảng 1 km. Đếm khoảng trễ giữa chớp sáng và tiếng "bùm" là cách đơn giản nhất để ước lượng mình đang đứng xa điểm nổ bao nhiêu.

Hai tốc độ chênh nhau gần một triệu lần

Ánh sáng đi trong không khí với tốc độ gần 300.000 km mỗi giây. Với khoảng cách vài cây số của một đêm pháo hoa, thời gian ánh sáng đi tới mắt chỉ vài phần triệu giây — coi như bằng không.

Âm thanh thì khác. Ở nhiệt độ khoảng 20°C, âm thanh trong không khí đi khoảng 343 mét mỗi giây; trời lạnh hơn thì chậm hơn một chút, khoảng 331 mét mỗi giây ở 0°C. Để dễ nhớ, người ta làm tròn thành 340 mét mỗi giây. Như vậy âm thanh cần khoảng 3 giây để đi 1 km.

Số trong bảng đã làm tròn theo tốc độ khoảng 340 mét mỗi giây. Thực tế còn phụ thuộc nhiệt độ, gió và địa hình, nên chỉ nên coi là ước lượng.

Đừng quên độ cao của quả pháo

Khi tính khoảng cách, nhiều người chỉ nghĩ tới khoảng cách trên mặt đất tới điểm bắn. Nhưng quả pháo nổ trên cao, nên khoảng cách thật là đường chéo từ mắt mình tới điểm nổ.

Ví dụ: đứng cách điểm bắn 400 mét theo mặt đất, quả pháo nổ ở độ cao 300 mét. Đường chéo là 500 mét — đúng theo định lý Pythagore với bộ ba số quen thuộc 3–4–5. Âm thanh cần khoảng 1,5 giây chứ không phải 1,2 giây. Đứng ngay dưới chân điểm bắn, bạn vẫn nghe tiếng nổ chậm gần một giây vì khoảng cách là chính độ cao.

Ngược lại, nếu đếm được thời gian trễ và biết mình cách điểm bắn bao xa, có thể ước lượng thô quả pháo nổ ở độ cao nào. Đây là một bài toán vật lý nhỏ khá vui cho học sinh trong đêm giao thừa.

Cách đếm và ước lượng khoảng cách

1. Khi thấy bông hoa bung ra, bắt đầu đếm "một nghìn lẻ một, một nghìn lẻ hai…" — mỗi cụm khoảng một giây. Hoặc bấm đồng hồ bấm giờ trên điện thoại.
2. Dừng khi nghe tiếng "bùm".
3. Chia số giây cho 3 để ra số cây số. Ví dụ đếm được 4,5 giây thì cách khoảng 1,5 km.

Cách đếm này giống hệt cách ước lượng khoảng cách tới tia sét: thấy chớp, đếm tới tiếng sấm, chia cho 3. Nhiều người học được mẹo này từ chuyện sấm sét, và pháo hoa là dịp tốt để thực hành mà không phải đứng ngoài trời giông.

Vì sao ở xa nghe tiếng pháo "ùng ục" trầm

Đứng gần, tiếng nổ của pháo hoa sắc, đanh, có cả phần cao lẫn phần trầm. Đứng xa vài cây số, tiếng nổ thường chỉ còn là tiếng "ùng" trầm, rền. Lý do là không khí hấp thụ âm cao nhanh hơn âm trầm. Càng đi xa, phần âm cao càng bị "ăn" mất, chỉ còn lại phần trầm.

Âm trầm còn có một đặc điểm: nó có thể cảm nhận bằng cơ thể. Người đứng gần điểm bắn ở các đêm pháo hoa lớn thường kể cảm giác tiếng nổ "đập vào ngực". Đó là sóng áp suất của âm trầm mạnh truyền qua không khí và cơ thể.

Tiếng vang, gió và nhiệt độ làm âm thanh "lạ" đi

Tiếng vang giữa phố

Ở thành phố, tiếng nổ dội vào các toà nhà rồi tới tai theo nhiều đường khác nhau. Một tiếng nổ có thể nghe thành hai, ba tiếng nối nhau. Nếu điểm bắn ở bên sông và hai bờ có nhà cao, tiếng vang càng rõ, tạo cảm giác pháo nổ dày hơn thực tế.

Gió

Gió thổi từ điểm bắn về phía mình giúp âm thanh tới rõ và to hơn; gió thổi ngược làm tiếng nổ nhỏ và mờ đi. Gió cũng hơi làm thay đổi thời gian trễ, nhưng ở tốc độ gió bình thường, sự thay đổi này rất nhỏ so với tốc độ âm thanh.

Lớp không khí ấm phía trên

Vào những đêm có một lớp không khí ấm nằm trên lớp không khí lạnh sát mặt đất — hiện tượng nghịch nhiệt — âm thanh có thể bị bẻ cong và dội xuống, đi xa hơn bình thường. Đó là lý do có những đêm người ở rất xa vẫn nghe rõ tiếng pháo, còn những đêm khác thì không.

Pháo hoa theo nhạc và chuyện "lệch tiếng" với khán giả ở xa

Ở các màn pháo hoa bắn theo nhạc, nhà thiết kế khớp từng bông hoa với nhịp nhạc tại một vị trí chính — thường là khu khán đài trung tâm. Với khán giả ở đó, ánh sáng và nhạc từ loa đi cùng nhau. Nhưng với người đứng xa hơn, mọi thứ bắt đầu lệch:

• Ánh sáng tới gần như cùng lúc với mọi người.
• Nhạc từ loa phát gần chỗ mình thì đến ngay; nhạc từ loa trung tâm thì đến trễ.
• Tiếng nổ tới trễ theo khoảng cách tới điểm nổ.

Vì thế một số lễ hội pháo hoa phát nhạc qua đài phát thanh hoặc đặt nhiều cụm loa dọc bờ sông, để người ở xa thấy ánh sáng khớp với nhạc ở gần mình. Tiếng nổ thì không ai "kéo" nhanh hơn được — đó là giới hạn của vật lý.

Còn khi xem truyền hình, tiếng nổ và hình ảnh khớp nhau vì máy quay và micro thường đặt cùng một chỗ, và kỹ thuật viên có thể căn chỉnh lại. Nhiều người lần đầu xem pháo hoa tại chỗ sau nhiều năm xem trên tivi đã ngạc nhiên vì độ trễ này.

Góc nhìn hôm nay: dùng độ trễ để xem an toàn hơn

Độ trễ của tiếng nổ là một "thước đo" có sẵn để biết mình đứng có đủ xa không. Nếu tiếng nổ tới gần như cùng lúc với ánh sáng, nghĩa là mình đang ở rất gần điểm nổ — cần chú ý tàn lửa, mảnh vỏ có thể rơi xuống, nhất là khi gió thổi về phía mình. Hãy luôn đứng ở khu vực ban tổ chức dành cho khán giả, không vượt rào để lại gần.

Đứng xa vài trăm mét đến một cây số thường cho góc nhìn đẹp hơn, đỡ mỏi cổ hơn và tai cũng dễ chịu hơn. Trẻ nhỏ, người nhạy tiếng ồn có thể đeo nút tai hoặc chụp tai; với trẻ sợ tiếng pháo hay thú nuôi sợ tiếng nổ, ở xa và trong nhà là lựa chọn nhẹ nhàng.

Với học sinh, đêm pháo hoa là một bài thực hành vật lý: đo thời gian trễ ở hai vị trí khác nhau, so sánh, rồi thử tính độ cao quả nổ. Sách giáo khoa Vật lý phần sóng âm có đủ kiến thức nền để làm điều này.

Và luôn nhớ: pháo hoa nổ chỉ do đơn vị được cấp phép, người được đào tạo mới được bắn; khán giả chỉ là người thưởng thức từ khoảng cách an toàn.