Trả lời nhanh
Ngoài các ví dụ quen thuộc, vật lí còn được ứng dụng trong quân sự qua: radar (sóng điện từ phát hiện mục tiêu), sonar (sóng âm dò tàu ngầm), laser (đo xa, dẫn đường), thiết bị nhìn đêm hồng ngoại, định vị vệ tinh GPS, tên lửa và đạn pháo (động lực học, chuyển động ném) và động cơ hạt nhân cho tàu ngầm. Mỗi thiết bị dựa trên một hiện tượng vật lí cụ thể.
Hiểu đúng yêu cầu của câu hỏi
Câu hỏi “trình bày một số ứng dụng khác của vật lí trong lĩnh vực quân sự” thường xuất hiện ở bài mở đầu môn Vật lí, khi thầy cô muốn em thấy vật lí gắn với đời sống và kĩ thuật. Em chỉ cần nêu được tên ứng dụng và kiến thức vật lí nằm sau. Chỉ liệt kê tên thiết bị mà không nói nguyên lí thì bài làm chưa đủ ý.
Dưới đây là các ứng dụng em có thể chọn, kèm lời giải thích ngắn gọn để viết vào bài.
Bảng tóm tắt các ứng dụng tiêu biểu
| Ứng dụng | Kiến thức vật lí | Công dụng |
|---|---|---|
| Radar | Sóng điện từ phản xạ, hiệu ứng Doppler | Phát hiện máy bay, tàu thuyền; đo khoảng cách và tốc độ |
| Sonar | Sóng âm, siêu âm truyền trong nước | Dò tàu ngầm, thuỷ lôi, đo độ sâu |
| Laser | Ánh sáng đơn sắc, kết hợp, định hướng cao | Đo xa, chỉ thị mục tiêu, dẫn đường |
| Kính nhìn đêm, camera nhiệt | Bức xạ hồng ngoại | Quan sát ban đêm, phát hiện nguồn nhiệt |
| Định vị vệ tinh (GPS và các hệ tương tự) | Sóng vô tuyến, đo thời gian truyền tín hiệu | Xác định vị trí, dẫn đường cho phương tiện |
| Tên lửa, đạn pháo | Định luật Newton, bảo toàn động lượng, chuyển động ném | Tính quỹ đạo, tầm bay |
| Động cơ hạt nhân | Phản ứng phân hạch, chuyển hoá năng lượng | Cấp năng lượng cho tàu ngầm, tàu sân bay cỡ lớn |
Giải thích từng ứng dụng
1. Radar
Máy phát sóng vô tuyến bước sóng ngắn; sóng gặp vật cản thì phản xạ về anten thu. Đo thời gian t từ lúc phát đến lúc thu, ta tính khoảng cách d = c·t/2, với c ≈ 3·108 m/s. Chia đôi vì sóng đi và về. Nếu mục tiêu chuyển động, tần số sóng phản xạ bị lệch (hiệu ứng Doppler), từ đó suy ra tốc độ.
2. Sonar
Sóng điện từ bị nước biển hấp thụ rất mạnh nên radar gần như vô dụng dưới nước. Vì vậy tàu dùng sonar: phát sóng âm hoặc siêu âm, thu tiếng vọng. Tốc độ âm trong nước biển khoảng 1500 m/s, nên cũng tính d = v·t/2.
3. Laser
Chùm laser rất hẹp, ít tản ra và cường độ lớn. Nhờ vậy nó dùng làm máy đo xa (đo thời gian phản xạ như radar nhưng bằng ánh sáng) và chiếu “đánh dấu” mục tiêu cho vũ khí dẫn đường.
4. Thiết bị hồng ngoại
Mọi vật có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối đều bức xạ hồng ngoại; vật càng nóng bức xạ càng mạnh. Camera nhiệt thu bức xạ này và biến thành hình ảnh, nên nhìn được người, xe, động cơ trong bóng tối, kể cả khi không có ánh sáng nhìn thấy.
5. Định vị vệ tinh
Máy thu nhận tín hiệu từ nhiều vệ tinh, đo thời gian tín hiệu truyền đến rồi nhân với tốc độ ánh sáng để biết khoảng cách tới từng vệ tinh. Từ các khoảng cách đó xác định được vị trí. Hệ thống này giúp đơn vị di chuyển, tàu, máy bay biết toạ độ của mình.
6. Tên lửa và đạn pháo
Tên lửa bay nhờ phản lực: khí phụt ra phía sau với động lượng lớn thì thân tên lửa nhận động lượng ngược lại (bảo toàn động lượng). Với đạn pháo, nếu bỏ qua sức cản không khí, quỹ đạo là chuyển động ném xiên, tầm xa L = v02·sin2α / g.
7. Năng lượng hạt nhân
Phản ứng phân hạch giải phóng năng lượng rất lớn từ một lượng nhiên liệu nhỏ. Tàu ngầm chạy bằng lò phản ứng có thể hoạt động lâu dưới nước mà không cần nạp nhiên liệu thường xuyên.
Ví dụ tính toán (số liệu tự đặt)
Ví dụ. Một radar thu được tín hiệu phản xạ sau 200 µs kể từ lúc phát. Tính khoảng cách tới mục tiêu.
d = c·t/2 = (3·108 × 200·10-6)/2 = 3·104 m = 30 km.
Lỗi sai thường gặp
- Quên chia đôi thời gian khi tính khoảng cách bằng radar, sonar, máy đo xa laser.
- Nhầm radar (sóng điện từ) với sonar (sóng âm); sonar mới dùng được dưới nước.
- Viết “tia hồng ngoại là ánh sáng nhìn thấy”: sai, mắt người không thấy hồng ngoại.
- Chỉ nêu tên thiết bị mà không nói kiến thức vật lí tương ứng.
Mẹo nhớ: “Trên không dùng radar – dưới nước dùng sonar – ban đêm dùng hồng ngoại – chỉ mục tiêu dùng laser”.
Mẫu câu trả lời ngắn để chép vào vở
Một số ứng dụng của vật lí trong quân sự: (1) radar dùng sóng điện từ phản xạ để phát hiện máy bay, tàu thuyền; (2) sonar dùng sóng siêu âm để dò tàu ngầm dưới nước; (3) kính nhìn đêm dùng bức xạ hồng ngoại để quan sát trong bóng tối; (4) laser dùng để đo khoảng cách và chỉ thị mục tiêu; (5) vệ tinh định vị giúp xác định vị trí các phương tiện.
Bài luyện tập
- Radar nhận tín hiệu phản xạ sau 0,4 ms. Mục tiêu cách radar bao xa?
Đáp án: d = 3·108 × 4·10-4 / 2 = 6·104 m = 60 km. - Sonar trên tàu nhận tiếng vọng sau 2 s. Biết tốc độ âm trong nước 1500 m/s. Tính khoảng cách tới vật cản.
Đáp án: d = 1500 × 2 / 2 = 1500 m. - Một viên đạn pháo bắn với tốc độ đầu 100 m/s, góc 45° so với phương ngang. Bỏ qua sức cản không khí, lấy g = 10 m/s2. Tính tầm xa.
Đáp án: L = 1002 × sin90° / 10 = 1000 m.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao tàu ngầm dùng sonar mà không dùng radar?
Nước biển hấp thụ sóng điện từ rất mạnh nên sóng radar không truyền xa dưới nước. Sóng âm và siêu âm truyền trong nước tốt hơn, nên sonar được dùng để dò vật cản và tàu ngầm.
Công thức tính khoảng cách bằng radar là gì?
d = c·t/2, trong đó c ≈ 3·10^8 m/s là tốc độ sóng điện từ và t là thời gian từ lúc phát đến lúc thu tín hiệu phản xạ. Chia 2 vì sóng đi và về cùng một quãng đường.
Kính nhìn đêm hoạt động dựa trên hiện tượng vật lí nào?
Dựa trên bức xạ hồng ngoại do các vật phát ra, nhất là vật có nhiệt độ cao hơn môi trường. Thiết bị thu bức xạ này rồi chuyển thành hình ảnh nhìn thấy được.
Em nên nêu bao nhiêu ứng dụng khi trả lời câu hỏi này?
Nêu 3 đến 5 ứng dụng là đủ, mỗi ứng dụng kèm một câu nói rõ kiến thức vật lí đứng sau, ví dụ radar dùng sóng điện từ phản xạ.