Vì sao cá đúc ở đáy chậu lại phun nước?

Thời cổ đại, ở Trung Quốc người ta hay dùng loại chậu thau có hai quai xách đối xứng trên vành chậu, và ở đáy có đúc hoa văn bốn con cá chép. Nó thường được dùng để chứa nước hoặc rửa các thứ. Khi chúng ta đổ đầy nước vào loại chậu này, rồi dùng hai tay miết lên hai quai xách, trong mồm của bốn con cá chép có thể phun ra những giọt nước. Độ cao phun ra có thể trên 50 cm. Loại chậu cổ này vì sao phun nước được nhỉ?

Thật ra, khi dùng hai tay miết lên quai chậu một cách chậm rãi mà có tiết tấu, trên thực tế đó là ta đã truyền năng lượng cho chậu cổ.

Khi tần số rung động do lực ma sát gây nên tiếp cận hoặc bằng với tần số riêng của vách chậu thì mặt chậu sinh ra cộng hưởng, biên độ sẽ lớn lên rất nhanh. Rung động của vách chậu gây nên rung động của nước, gây nên sóng nước trong nước, sóng nước này khi truyền tới trước gặp phải mặt vách của một bộ phận khác liền phản xạ lại. Thế là sóng tới và sóng phản xạ chồng lên nhau, hình thành nên sóng đứng. Trong sóng đứng, biên độ của các điểm không giống nhau, trong đó điểm có biên độ lớn nhất gọi là bụng sóng, điểm nhỏ nhất gọi là nút sóng. Một vật có hình dáng chậu tròn khi xảy ra cộng hưởng tần số thấp, có thể sinh ra bốn bụng sóng và bốn nút sóng; cũng có thể sinh ra sáu hoặc tám bụng sóng, nút sóng. Nhưng thông thường dùng tay miết là để đạt tới giá trị tần số cộng hưởng tương đối thấp, cũng tức là sinh ra hình thái rung động có bốn bụng sóng và bốn nút sóng hợp thành. Ở chỗ bụng sóng, rung động của nước mạnh mẽ nhất, đến nỗi nhảy khỏi mặt nước, hình thành ra những giọt nước phun. Trong chậu cổ phun nước, người ta thường bố trí miệng của bốn con cá chép vào chỗ bụng sóng. Một khi tần số của quai chậu bị tay miết vào đạt tới tần số cộng hưởng đó, giọt nước sẽ phun ra ở chỗ bốn bụng sóng, nhìn vào trông giống như các hạt nước từ trong miệng cá chép phun ra vậy.

Việc thiết kế chậu cổ phun nước tinh xảo như vậy đã phản ánh tài trí thông minh của nhân dân lao động ngày xưa.

Từ khóa: Chậu cổ; Sóng dừng; Cộng hưởng.