Tiết lộ đáp án cho câu hỏi 500 năm tuổi của danh họa Leonardo da Vinci

Cách đây hơn 500 năm trước, khi đang quan sát về những bong bóng khí nổi lên trên mặt nước, thiên tài Leonardo da Vinci nhận thấy chúng di chuyển theo hình xoắn ốc hoặc ngoằn ngoèo, thay vì di chuyển thẳng lên bề mặt.

Trong nhiều thế kỷ qua, chưa có ai đưa ra lời giải thích thỏa đáng cho hiện tượng được gọi là “nghịch lý Leonardo”.

Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, có hai nhà khoa học đã tìm ra lời giải cho câu hỏi này bằng cách phát triển các mô phỏng phù hợp với phép đo có độ chính xác cao.

Cụ thể, Giáo sư Miguel Ángel Herrada, ĐH Seville và Giáo sư Jens G. Eggers, ĐH Bristol, đã tìm ra cơ chế giải thích cho sự chuyển động không ổn định của các bong bóng khí khi chúng nổi lên mặt nước.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, bong bóng có thể đạt tới bán kính tới hạn, và liên tục bị đẩy vào những con đường mới do sự tương tác giữa dòng nước xung quanh và sự thay đổi hình dạng của chúng.

Giáo sư Miguel Herrada và Giáo sư Jens Eggers cho biết: “Chuyển động của bong bóng trong nước đóng vai trò trung tâm đối với nhiều hiện tượng tự nhiên, từ công nghiệp hóa chất cho đến môi trường”.

Bong bóng rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Do đó, chúng ta có thể dễ dàng quên rằng bong bóng thực ra rất phức tạp về mặt động lực học. Chúng cũng thường khó nghiên cứu bằng thực nghiệm.

Điều mà thiên tài Leonardo da Vinci lưu ý tối từ 5 thế kỷ trước, đồng thời đã được các nhà khoa học sau đó xác nhận, đó là các bong bóng khí có bán kính nhỏ hơn milimet có xu hướng đi lên phía bề mặt theo đường thẳng. Trong khi đó, các bong bóng lớn hơn lại tạo ra sự lắc lư dẫn tới hình xoắn ốc hoặc ngoằn ngoèo.

Để tìm lời giải cho bài toán này, hai vị giáo sư đã sử dụng phương trình Navier–Stokes. Đây là một mô hình toán học được dùng để mô tả chuyển động của chất lỏng và khí, đồng thời mô phỏng sự tương tác phức tạp giữa bọt khí và môi trường nước ở xung quanh chúng.

Nhóm nghiên cứu cũng đã có thể xác định chính xác về bán kính hình cầu kích hoạt độ nghiêng này là 0,926 mm, có kích cỡ tương đương bằng đầu bút chì, và mô tả cơ chế có thể dẫn tới những chuyển động nguệch ngoạc.

Các nhà nghiên cứu nhận định, khi bong bóng vượt qua bán kính tới hạn, chúng sẽ trở nên bất ổn định hơn, tạo ra độ nghiêng làm thay đổi độ cong của chúng. Sự thay đổi này cũng làm tăng vận tốc của nước ở xung quanh bề mặt bong bóng, và gây ra chuyển động lắc lư.

Sau đó, các bong bóng sẽ quay trở lại vị trí ban đầu vì sự mất cân bằng áp suất được tạo ra do các biến dạng và lặp lại quá trình theo chu kỳ.

Giá trị đằng sau nghịch lý 500 năm tuổi

Bên cạnh việc giải quyết được một nghịch lý 500 năm tuổi, nghiên cứu mới này còn có thể làm sáng tỏ một loạt câu hỏi khác về hành vi hay sự thay đổi của bong bóng...

Hai nhà khoa học là tác giả của nghiên cứu này đưa ra kết luận rằng: “Mặc dù trước đây người ta tin rằng quá trình nổi lên bề mặt của bong bóng khiến chúng trở nên không ổn định, nhưng giờ đây chúng tôi chứng minh một cơ chế mới, dựa trên sự tương tác giữa dòng chảy và sự biến dạng của bong bóng”.

Điều này cũng mở ra cánh cửa cho việc nghiên cứu những tạp chất nhỏ, hiện diện trong hầu hết các môi trường thực tế, hoặc mô tả một hạt ở đâu đó giữa chất rắn và chất khí.

Leonardo da Vinci - Thiên tài hiếm có trong lịch sử

Leonardo da Vinci (1452 – 1519) là họa sĩ, nhà điêu khắc, kiến trúc sư, nhạc sĩ, bác sĩ, kỹ sư, nhà giải phẫu, nhà phát minh và nhà triết học tự nhiên người Ý. Ông thậm chí còn được coi là thiên tài toàn năng nhất trong lịch sử nhân loại. Những tác phẩm nổi tiếng nhất của ông có thể kể đến như Mona Lisa, Bữa ăn tối cuối cùng...

Không chỉ là một danh họa tài năng, Leonardo da Vinci còn là người có những ý tưởng vượt trước thời đại của mình, nhất là khái niệm về máy bay trực thăng, xe tăng, dù nhảy, sử dụng năng lượng mặt trời, máy tính, sơ thảo lý thuyết kiến tạo địa hình...

Sự kết hợp giữa nghệ sĩ và nhà khoa học có độc đáo không?

Câu trả lời là không. Bởi thực tế cũng có nhiều nghệ sĩ từng là kiến trúc sư hoặc kỹ sư. Nhưng Leonardo khác thường ở chỗ không chỉ là người am hiểu nhiều ngành nghề mà còn là bậc thầy của một số ngành nghề.

Giáo sư Martin Kemp, chuyên gia hàng đầu thế giới về Leonardo da Vinci tại Đại học Oxford, nhận định: “Tính linh hoạt như vậy hoàn toàn không có gì đáng ngạc nhiên. Nhưng tôi nghĩ phạm vi và kỹ năng toàn diện sẽ khiến mọi người vô cùng ngạc nhiên và ông ấy đã đạt được rất nhiều thành tựu, kể cả với tư cách là một nhạc sĩ”.

Bài viết tham khảo nguồn: Vice, Independent, Theguardian