Vận tốc tương đối
Trước hết, chúng ta phải đưa ra một giả định sẽ áp dụng xuyên suốt bài viết này, đó là viên đạn sẽ có cùng vận tốc với tàu hỏa (mặc dù trên thực tế, hầu hết các viên đạn đều di chuyển nhanh hơn tàu hỏa).
Nếu bạn ở trong khoang của một con tàu đang đứng yên và bắn một viên đạn với vận tốc khoảng 1000 km/h, bạn cũng như những người đang đứng yên trên mặt đất sẽ nhìn thấy viên đạn bay đi với vận tốc đúng bằng 1000 km/h. Điều này là do bạn đang ở trạng thái nghỉ (cũng như bất kỳ ai đang đứng yên trên mặt đất), vì vậy vận tốc tương đối của viên đạn vẫn bằng với vận tốc ban đầu của nó - 1000 km/h.
Tuy nhiên, khi đứng trong một đoàn tàu cũng đang đi với vận tốc 1000 km/h, nếu bạn bắn viên đạn theo hướng di chuyển của chính đoàn tàu thì viên đạn có còn di chuyển nhanh như khi đoàn tàu đang đứng yên không?
Câu trả lời là: Có!
Bắn viên đạn theo hướng cùng với hướng di chuyển của đoàn tàu
Ảnh minh họa
Trong trường hợp trước, bạn đang đứng yên trong một đoàn tàu không chuyển động chút nào nên vận tốc tương đối giữa bạn và đoàn tàu bằng 0. Còn trường hợp đoàn tàu đang chuyển động với vận tốc 1000 km/h; vì bạn đang đứng trên tàu, nên bạn cũng đang đi với vận tốc của tàu (1000 km/h). Theo lý thuyết, vận tốc tương đối giữa bạn và tàu một lần nữa lại bằng không. Đây là lý do tại sao, đối với bạn, viên đạn sẽ trông hoàn toàn bình thường khi nó bay theo hướng cùng với hướng di chuyển của đoàn tàu.
Vậy còn những người đang đứng yên trên mặt đất thì sao, họ sẽ thấy những gì, có khác những gì bạn quan sát được không?
Đúng là có sự khác biệt! Đối với một người đang đứng yên trên mặt đất, viên đạn sẽ di chuyển với vận tốc 2000 km/h. Vì người đó đang đứng yên trên mặt đất nên vận tốc tương đối giữa họ và đoàn tàu (chuyển động với vận tốc 1000 km/h) là 1000 km/h. Ngoài ra, so với tàu hỏa, tốc độ của viên đạn là 1000 km/giờ. Do đó, so với mặt đất, tốc độ của viên đạn là 2000 km/h.
Bắn một viên đạn theo hướng ngược với hướng di chuyển của đoàn tàu
Một vấn đề phức tạp hơn, điều gì sẽ xảy ra nếu viên đạn được bắn theo hướng ngược lại với hướng chuyển động của đoàn tàu?
Trong trường hợp đó, đối với một người đang đứng yên trên mặt đất, tốc độ của viên đạn sẽ bằng không. Điều này là do khi viên đạn và đoàn tàu di chuyển với tốc độ bằng nhau, nhưng ngược chiều nhau, vận tốc tương đối giữa chúng sẽ bị triệt tiêu trở thành 0.
Meme vui về việc bắn một viên đạn ngược chiều chuyển động của tàu
Vận tốc tương đối chỉ là một "giọt nước" nhỏ trong biển kiến thức rộng lớn liên quan đến các chuyển động tương đối giữa các đại lượng vật lý khác nhau. Điều này cho thấy rằng những kiến thức khoa học tưởng chừng như phức tạp vẫn hiện hữu trong cuộc sống hằng ngày của con người, có vô vàn những điều lý thú đang chờ chúng ta khám phá!
Yen Kim (Theo Science ABC)
