Thắt Dây Giày Như Nào Cho Chặt: Bí Ẩn Còn Chưa Có Lời Giải

10 Tháng Mười Một 20184:14 SA(Xem: 729)

Nhiều người nói rằng, độ chặt của dây giày đến từ cách mà chúng ta buộc nó. Và thực tế chứng minh rằng khi buộc càng nhiều nút, dây giày càng dễ tuột, tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu được tại sao lại như vậy. Mới đây, một bài báo khoa học trên tạp chí Physical Review Letters đã làm sáng tỏ phần nào bí ẩn bị lãng quên này.

Bí mật về những nút thắt dây giày

Tưởng chừng như một lời nói đùa nhưng thực sự các nút buộc là một mảng nghiên cứu trọng tâm của toán học trừu tượng. Đến nay, các mô hình đặc tính vật lý của chúng trong thực tế vẫn rất khó để diễn tả, kể cả với mô phỏng máy tính.

Thắt dây giày như nào cho chặt: bí ẩn còn chưa có lời giải
Không phải ai cũng hiểu được sự phức tạp phía sau nút thắt dây giày.

Khalid Jawed, một nhà nghiên cứu cơ khí đến từ MIT cho biết: “Nếu bạn lấy một sợi dây, thắt nút nó và bắt đầu nghiên cứu hình dạng của nút thắt bằng mắt thường, tưởng chừng đơn giản nhưng đó là một việc cực kì phức tạp”.

Mỗi một cách thắt nút sản sinh một loạt các lực tương tác với nhau. Và khi trở thành một mô hình toán học, các nhà nghiên cứu phải liệt kê hàng chục các biến số như độ xoắn, sức căng, ma sát, độ cứng của sợi dây... Và rồi thì bài toán sẽ phải được áp dụng cho dây thừng, dây giày, dây tai nghe, nylon, sợi phẫu thuật thậm chí protein và DNA. Giờ thì một nút thắt đơn giản cũng sẽ trở nên phức tạp.

Trở lại những năm 2008, Basil Audoly, một nhà toán học người Pháp đến từ Đại học Sorbonne, Paris nói rằng ông có thể giải được bài toán này. Lời giải của Audoly làm việc tương đối tốt với các nút đơn giản từ 1 đến 2 lượt thắt.

Tuy nhiên sau đó, Jawed và các đồng nghiệp tại MIT quyết định kiểm tra lại lý thuyết của Audoly. Họ thực hiện một số thí nghiệm với số nút tăng lên và sử dụng dây niken titan. Các cánh tay máy được sử dụng để thắt nút dây đồng thời, lực thắt cũng được đo sau mỗi vòng lặp lại. Kết quả chỉ ra rằng độ lớn của lực cần thiết để siết chặt dây thay đổi mạnh sau mỗi lượt thắt nút tăng lên.

Thắt dây giày như nào cho chặt: bí ẩn còn chưa có lời giải
Tưởng chừng là mọt nút thắt đơn giản nhưng nó cũng rất phức tạp với toán học.

Thông thường, đa số chúng ta nghĩ rằng khi thắt nút đến lượt thứ hai, thứ ba, ta chỉ cần sử dụng thêm một chút lực so với lần trước đó. Tuy nhiên, kết quả của các nhà nghiên cứu tại MIT chỉ ra rằng để thắt chặt nút thứ 2, bạn cần một lực gấp 4 đến 8 lần so với nút thứ nhất. Các tính toán chỉ ra rằng đến một nút thắt phức tạp, bạn phải tiêu tốn một lực gấp 1000 lần so với nút ban đầu.

“Điều này rất dễ nhận ra với chiếc dây tai nghe của bạn”, Jawed nói. “Bạn thắt một chiếc nút và kéo nó, có vẻ dễ dàng để nó chặt lại. Vòng dây sẽ nhỏ lại ngay lập tức. Nhưng khi thực hiện đến lượt thứ 5 hoặc thứ 6, mọi chuyện bắt đầu khó khăn. Vòng dây sẽ bung ra và cho đến một lúc nào đó thậm chí bạn không thể thắt nó lại nữa”.

Vậy điều gì đã làm nên sự kì lạ này? Trong tất cả các biến số, ma sát là yếu tố quyết định nhất. Đối với một nút thắt đơn giản, độ cứng của vật liệu là biến số ảnh hưởng lớn, ma sát là không đáng kể và có thể bỏ qua. Tuy nhiên, khi số lượng tăng lên đến 3 hoặc 4 lượt thắt, “bạn đang tăng diện tích tiếp xúc trong cái khu vực lộn xộn rối tung của các nút thắt, ma sát lúc này rất quan trọng”.

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại MIT đã thu hút được tác giả cũ của lời giải. Audoly cũng gia nhập nhóm nghiên cứu để phát triển một lý thuyết tốt hơn có thể giải thích cặn kẽ điều bí mật của những nút thắt. Họ đã đưa ra một phương trình mô tả chính xác các lực khác nhau có mặt trong một nút thắt làm việc như thế nào dựa trên ma sát, sức căng và độ cứng của dây.

Thắt dây giày như nào cho chặt: bí ẩn còn chưa có lời giải
Các phân tử xoắn phức tạp trong sinh và hóa học.

Phương trình đã thể hiện sức mạnh của nó trong việc tiên đoán lực cần thiết áp dụng cho một số nút thắt với điều kiện nhất định. Tuy nhiên, nó cũng chưa thể hoàn thành một lý thuyết thống nhất để áp dụng cho mọi trường hợp. Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu nói rằng đây sẽ là một điểm khởi đầu tuyệt vời. Trong tương lai, họ sẽ có thể mở rộng lý thuyết của mình hơn nữa khi sử dụng trình mô phỏng bằng máy tính.

Có thể thấy rằng, chỉ một nút thắt cũng khiến nhân loại phải vất vả đến chừng nào. Tuy nhiên, một khi bài toán được giải quyết, nó sẽ là tiền đề cho các công nghệ tinh vi, ví dụ như phẫu thuật và khâu vết thương bằng robot, giảm xóc tinh chỉnh và thậm chí là việc nghiên cứu sự bóc tách phức tạp của các sợi trong quá trình phân bào.
Theo Trí Thức Trẻ

Gửi ý kiến của bạn
Tên của bạn
Email của bạn
Loài ong đang có nguy cơ bị tuyệt chủng. Hàng tỷ côn trùng cho mật trên thế giới chết đi, để lại cho nhân loại những cánh đồng và vườn cây không được thụ phấn. Theo báo cáo gần đây, do hậu ong chết đồng loạt
Tình yêu là một trong những đề tài được các nhà nghiên cứu quan tâm. Với mỗi nghiên cứu, các chuyên gia lại xem xét tình yêu dưới nhiều góc độ khoa học khác nhau. Hẳn ít người có thể trả lời chính xác, mất bao thời gian
tốc độ Bắc Cực tan băng hết sức nhanh chóng khiến lục địa trắng với nhiều tài nguyên dưới lòng biển trở nên mảnh đất thèm muốn đối với nhiều quốc gia, nhiều tập đoàn công nghiệp. Tuy nhiên, việc Bắc Cực tan băng nhanh chóng cũng mở ra một cơ hội
Socola đen giúp phục hồi tính linh hoạt của các mạch máu, đồng thời ngăn chặn các tế bào bạch cầu bám dính vào thành mạch máu. Cả hai yếu tố độ cứng của động mạch và các tế bào bạch cầu kết dính trên thành mạch máu
Năm 2015, những người muốn tận mắt chứng kiến "tấm vải liệm thành Turin" sẽ lại có cơ hội được chiêm ngưỡng vật được cho là tấm khăn liệm Chúa Jesus khi ngài được đem xuống từ cây thập giá và mai táng trong mộ đá.Ngày viếng thăm tấm vải liệm thành Turin của Giáo hoàng hiện vẫn chưa được công bố
thế giới ngày càng nghi ngờ tính an toàn của mặt hàng thực phẩm sản xuất tại Trung Quốc. Bà cũng cho hay chính người Trung Quốc cũng nghi ngờ về các thực phẩm do nước họ sản xuất.
Tất cả loại rau màu xanh lá cây có chứa các axit folic, vitamin A và C. Và vua của tất cả là rau bina (cải bó xôi). Nó chứa hàm lượng cao chất chống oxy hóa giúp loại bỏ nhiều độc tố và giữ cho cơ thể khỏe mạnh.
Facebook gây nghiện, đó là sự thật không thể chối cãi. Facebook gần như luôn khiến người dùng thấy không bao giờ thấy hài lòng và luôn muốn có nhiều hơn nữa: bạn bè, danh tiếng (ảo), Like, chia sẻ, bình luận, người theo đuôi
Một bộ phim tài liệu mới đã hé lộ, động vật cũng có những thói quen ngủ kỳ dị, chẳng hạn như cá heo vừa bơi, vừa ngủ với một nửa não ở trạng thái tỉnh thức hay một số loài chim an giấc với một mắt nhắm, một mắt mở...
Bia, một số loại rượu có thể đem lại những lợi ích cho sức khỏe nhưng có giới hạn, như rượu vang đỏ có chứa flavonoid có thể giúp chống lại ung thư và bệnh tim. Tuy nhiên, uống nhiều rượu, bia cũng có thể làm tăng nguy cơ bị trầm cảm
Bảo Trợ