Hay nói cách khác, các bạn có bao nhiêu giây để "tháo chạy" khỏi hiện trường??.
Chúng ta biết rằng, ánh sáng truyền đi trong không khí nhanh hơn âm thanh. Đó là lý do tại sao bạn trông thấy ánh chớp lóe lên trước khi nghe thấy tiếng sấm của nó. Vậy là một giác quan của chúng ta có thể báo động cho một giác quan khác biết:
"Hãy chuẩn bị đi, điều tồi tệ đang đến".
Điều này dường như cũng đúng với thính giác và khứu giác của bạn. Hãy tưởng tượng bạn đang ở trong một cái thang máy và đột nhiên nghe thấy tiếng ai đó
xì hơi. Bây giờ, bởi sóng âm dường như truyền đi nhanh hơn so các phân tử khí nặng mùi khuyếch tán, sẽ có một độ trễ nhất định cho bạn đưa ra các sự lựa chọn để phản ứng kịp thời.
Bịt mũi lại ngay lập tức hoặc nhanh chóng rời khỏi hiện trường, bạn có bao nhiêu giây để làm điều đó?
(Minh họa)
Mùi và âm thanh sẽ truyền đến các giác quan của bạn như thế nào?
Để có thể so sánh tốc độ của mùi và âm thanh, chúng ta phải hiểu sơ qua về bản chất của chúng. Trong khi âm thanh là các sóng dao động truyền đi trong môi trường, mùi thực chất là các tín hiệu hóa học, hay các phân tử vật chất (chủ yếu là chất khí vì chúng dễ bay hơi) truyền đến mũi của chúng ta.
Điều đó có nghĩa là gì? Để nghe được âm thanh, bạn chỉ cần có bất cứ một sóng nào truyền vào tai và làm rung màng nhĩ, gửi tín hiệu dao động đã được mã hóa thành dòng điện về não. Đó là lý do mà âm thanh có thể được truyền đi trong không khí, trong chất lỏng, và trong cả chất rắn.
Trên thực tế, tốc độ âm thanh truyền đi trong nước còn nhanh gấp 4 lần so với trong không khí, âm thanh truyền qua sắt còn nhanh gấp 15 lần. Đó là bởi các phân tử trong chất lỏng và chất rắn đứng gần nhau hơn, khiến cho các dao động của chúng được truyền đi nhanh hơn.
Còn các phân tử có mùi, chúng thực chất là các chất khí truyền đi trong không khí theo cơ chế khuyếch tán hoặc đối lưu. Nghĩa là các phân tử khí sẽ di chuyển từ nơi chúng có nồng độ cao sang nơi chúng có nồng độ thấp, hoặc từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp, cho đến khi đạt được mức trạng thái cân bằng.
(Minh họa)
Tốc độ của mùi chính là tốc độ truyền của các phân tử khí có mùi trong chính chất khí.
Hay nói cách khác, tốc độ của mùi truyền đi chính là tốc độ khuyếch tán của các phân tử chất khí có mùi hoặc tốc độ của gió mang chúng đi. Các phân tử này sau khi đến mũi sẽ được các thụ thể khứu giác tóm lấy. Chúng chuyển tín hiệu hóa học thành dòng điện về não và tái tạo lại mùi của chất khí đó vào trong cảm giác của bạn.
Dĩ nhiên, mùi cũng có thể truyền xuyên qua chất lỏng và chất rắn. Nhưng tốc độ của nó khi đó sẽ giảm đi rất nhiều chớ không giống như âm thanh. Đó là lý do tại bao bạn có thể nghe được xuyên qua tường, nhưng chỉ có thể ngửi thấy mùi thức ăn khi nó bay qua cửa sổ.
Bây giờ trở lại với tình huống, chúng ta phải so sánh tốc độ giữa âm thanh và mùi truyền đi trong không khí. Trong khi tốc độ âm thanh, 343 m/s, là một con số đã quá quen thuộc, nhưng ít người biết chính xác tốc độ của mùi là bao nhiêu bởi nó thực sự là một câu đố rất phức tạp.
Như đã nói, tốc độ của mùi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, chẳng hạn như tốc độ gió theo cơ chế đối lưu, nhiệt độ, áp suất và khối lượng của bản thân chất khí có mùi nếu tính theo cơ chế khuyếch tán.
Điều đó có nghĩa là mỗi mùi sẽ truyền đi với một tốc độ khác nhau, và trong các điều kiện môi trường khác nhau, cùng một chất mang mùi cũng sẽ di chuyển với vận tốc khác nhau. Để giúp bạn hình dung độ phức tạp này, chúng ta hãy thử đơn giản hóa bài toán đến hết mức nếu có thể.
Bây giờ, giả sử trong thang máy không có gió, bạn đứng cách người xì hơi trong phạm vi 1 mét và trong thang không có thêm ai nữa. Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể sử dụng phương trình tính vận tốc trung bình gốc của các hạt khí trong thuyết động học phân tử để ước lượng gần nhất tốc độ của mùi truyền đi.
Công thức đó là:
Trong đó,
v(rms) là vận tốc trung bình gốc của hạt khí,
R là hằng số mol khí có giá trị là
8,3144598 m2 kg s-2 K-1 mol-1,
T là nhiệt độ tính bằng Kelvin ở đây giả sử cú xì hơi có nhiệt độ bằng với thân nhiệt là 37 độ C hay 310 K, M là khối lượng mol của phân tử chất khí, đối với cú xì hơi, phân tử mang mùi thối chủ yếu là
skatole có trong phân và giá trị M của nó là 131,178 g/mol.
Thay số và chúng ta có kết quả vận tốc của mùi xì hơi truyền đi trong điều kiện lý tưởng này là
243 m/s.
Điều đó có nghĩa là ở khoảng cách 1 mét, sau khi nghe thấy tiếng xì hơi của thủ phạm, phân tử skatole đầu tiên sẽ chỉ mất thêm (1/243 – 1/343) = 0,0012 s hay 1,2 mili/giây để bay tới mũi bạn.
Bạn chắc chắn không thể tránh được nó vì phản xạ bịt mũi nhanh nhất mà một người bình thường có thể làm được là trong khoảng 200 mili/giây. Ngay cả các vận động viên ưu tú nhất cũng chỉ có thể rút ngắn phản xạ cơ bắp của họ (để xuất phát khi họ nghe thấy tiếng súng) xuống mức 150 mili/giây, vẫn quá chậm để bịt mũi.
Tuy nhiên, bạn vẫn có cơ hội thoát khỏi mùi của cú xì hơi bởi vì…
Tất cả các con số kể trên được tính toán trong điều kiện lý tưởng. Như đã nói, tốc độ của mùi là một phép tính rất phức tạp và có sự tham gia của nhiều biến số. Một biến số vô cùng quan trọng nữa là ngưỡng phát hiện mùi, hay nồng độ thấp nhất của một hợp chất mà mùi của nó có thể được khứu giác con người cảm nhận thấy.
Ngưỡng phát hiện mùi của một cú xì hơi, tính cho phân tử skatole là 0,327 ng/L. Điều đó có nghĩa là bạn cần rất nhiều phân tử skatole đập vào mũi mình trước khi bạn ngửi thấy mùi của nó.
Vậy nên, cơ hội vẫn còn đó để bạn thoát khỏi mùi của cú xì hơi trong thang máy. Hơn nữa, cơ hội lớn hơn sẽ mở ra bởi tốc độ khuyếch tán của cú xì hơi còn bị ảnh hưởng bởi quần áo mà
"thủ phạm" đang mặc.
(Minh họa)
Các phân tử vải sẽ chặn chúng lại, làm giảm tốc độ của mùi mà nó sẽ truyền đi. Và theo một con số không chính thức được lan truyền trên internet, tốc độ trung bình của một cú xì hơi trong thực tế là ở khoảng 3 m/s.
Rất tiếc, chúng ta không biết ai đã tính ra con số này, bằng cách nào, hay họ tự thực nghiệm điều đó. Nhưng hãy thử tính toán với con số mới xem sao:
Ở khoảng cách 1 mét trong thang máy, mùi của cú xì hơi với vận tốc này sẽ mất 1/3 giây để truyền đến mũi bạn. Trừ đi khoảng thời gian trước khi nghe thấy âm thanh, bạn sẽ có 330 mili/giây để bịt mũi. Con số này đã nằm trong vùng phản xạ mà tất cả chúng ta đều có thể thực hiện, thật may mắn!
Nhưng nếu bạn không bịt mũi kịp thì sao?
Một nghiên cứu mới trong Kỷ yếu Viện hàn Lâm Khoa học Hoa Kỳ tuần này cho biết não bộ chúng ta mất khoảng 400 mili/giây để bắt đầu cảm nhận thấy các mùi khó chịu. Và nó sẽ phát hiện các mùi khó chịu nhanh hơn mùi dễ chịu như của nước hoa hoặc tinh dầu.
Trong khi đó, độ trễ của thính giác chỉ là 150 mili/giây. Trừ đi con số này cộng với con số 330 mili/giây nói trên, chúng ta sẽ có tổng cộng độ trễ là 580 mili/giây, hay hơn nửa giây kể từ lúc bạn nghe thấy tiếng xì hơi nọ cho đến khi bạn ngửi thấy mùi của nó.
Đó là tính toán cho một tình huống trong thang máy, chỉ có 2 người (nghĩa là bạn biết thủ phạm là ai)
Còn trong một căn phòng rộng lớn, hay một không gian mở ở khoảng cách xa hơn với nhiều người hơn, có một nhóm nghiên cứu giấu mặt tự xưng là
"The Invisible College of Experimental Flatology" đã thực hiện các thử nghiệm thực tế cho thấy tốc độ khuyếch tán mùi của các cú xì hơi chậm hơn rất nhiều.
Theo họ, phải mất tới 5 phút thì một cú xì hơi mới khuyếch tán xong trên phạm vi bán kính 1 mét.
"Tốc độ này nhanh gấp 2 lần tốc độ một con lười đi bộ, nhưng đủ chậm để chúng ta dễ dàng vượt ra (khỏi vùng nguy hiểm)", nhóm nghiên cứu viết.
Ngoài ra, trong không gian mở thì
"luồng không khí mới là yếu tố chính quyết định đến sự lây lan của một cú xì hơi. Một cú xì hơi tự khuyếch tán sẽ di chuyển rất chậm, nhưng nếu bạn thực sự muốn tránh mùi thối từ nó, chiến lược tốt nhất là đừng ngồi ở phía cuối chiều gió", họ kết luận.
Tham khảo Sciencealert, Gizmodo, Flatology
