Côn trùng bay như thế nào?

Không giống cơ sở khí động lực học của chim chóc – chuyển động bay cánh cố định – chuyển động bay của côn trùng không được hiểu rõ lắm. Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học New York vừa công bố một số thông tin bất ngờ về câu hỏi đã nêu ra từ lâu này. Đó là họ vừa tìm thấy rằng cái đầu nặng mang lại một sự hỗ trợ khó tin để duy trì trạng thái cân bằng của côn trùng trong khi đang chuyển động bay đập cánh nhanh. Họ công bố kết quả của mình trên số ra tháng 2/2012 của tạp chí Physical Review Letters.

Chuyển động bay cánh cố định ý nói một đôi cánh tĩnh đang lướt qua một môi trường như không khí. Chúng ta đều đã từng thấy chim chóc bay theo kiểu này. Cơ chế gây ra lực nâng cánh là sự chênh lệch áp suất không khí phía trên và phía dưới cánh, gây ra bởi chuyển động hướng tới trước của đôi cánh. Chuyển động bay cánh cố định đã được người ta hiểu rõ. Thật vậy, ngành công nghiệp hàng không của chúng ta đã khai thác nó. Kiến thức cơ bản này đã mang lại hơn 87.000 chuyến bay mỗi ngày ngang dọc trên bầu trời nước Mĩ, chứ chưa đếm phần còn lại của thế giới.

Chuyển động cơ bản của cánh côn trùng đang bay
 

Chuyển động cơ bản của cánh côn trùng đang bay. a) cánh b) điểm nối c) cơ lưng bụng d) cơ dọc

Tuy nhiên, phần đông những vị phi công của tự nhiên là những con côn trùng có cánh. Việc tìm hiểu chuyển động bay của côn trùng có thể có sự tác động tương tự đối với cách chúng ta di chuyển từ nơi này đến nơi khác.

Trong bài báo của mình, Bin Lui và các đồng nghiệp đã trình bày thí nghiệm dẫn tới kết quả phản trực giác rằng việc có cái đầu nặng là một sự hỗ trợ cho chuyển động bay đập cánh.

Trước tiên, họ phải xây dựng một ‘con rệp’ mô hình có thể bay bằng cách đập một bộ cánh – đó là công việc chính. Lui và các cộng sự đã vượt qua khó khăn này bằng cách làm cho không khí chuyển động thay vì bộ cách chuyển động. Loại dòng chảy không khí này, gây ra bởi một cái loa bass nhỏ, bắt chước hành trạng xoáy của dòng không khí xung quanh bộ cánh đập liên tục mà không cần công việc khó khăn về mặt kĩ thuật là tạo ra những bộ cánh đập chính xác về mặt cơ học.

Với khó khăn này đã được khắc phục, công việc tạo ra ‘con rệp’ trở nên đơn giản hơn nhiều. Đội khoa học đã nghĩ ra một hình chóp tam giác sáng là con rệp đang bay của họ.

 

Côn trùng bay như thế nào?

Côn trùng bay như thế nào?

Côn trùng bay như thế nào?

Ảnh: Bin Lui et al.

Bên trong hình chóp đó, trên một chùm sáng nhỏ thẳng đứng, họ đặt một vật nặng có thể điều chỉnh lên xuống để điều khiển độ cao của khối tâm. Sự điều chỉnh từ cái đầu nặng – đến điểm cân bằng ở giữa – đến trọng tâm thấp là yếu tố họ tập trung khảo sát trong thí nghiệm của mình.

Để xác định sắp xếp nào là bền nhất, những con rệp được đặt trong một đường hầm gió thẳng đứng với cái loa bass con ở phía dưới cung cấp lực nâng tuần hoàn, giống như cánh. Bằng cách chụp một loạt ảnh liên tiếp, các nhà thực nghiệm có thể xây dựng lại lực hiệu dụng giữ con rệp ở tư thế đứng.

Họ sử dụng một công cụ phổ biến đối với các nhà vật lí học, khái niệm thế năng. Nếu thế năng được vẽ đồ thị là một hàm của vị trí, hoặc trong trường hợp này là góc nghiêng, thì độ dốc xuống của đồ thị biểu diễn lực tác dụng lên con rệp. Trong trường hợp này, độ dốc của đồ thị xấp xỉ bằng không đối với những góc từ -20 đến +20 độ, không mang lại lực hồi phục. Tuy nhiên, một khi góc nghiêng vượt quá 20 độ, thì thế năng tăng nhanh, thể hiện một lực hồi phục mạnh tác dụng để đưa con rệp lại tư thế đứng của nó.

Bằng cách xây dựng những đồ thị thế năng như thế này cho những vị trí khác nhau của vật nặng, họ tìm thấy sắp xếp cái đầu nặng mang lại kiểu bay bền nhất cho con rệp của họ. Lui và đội của ông đã có thể chứng minh cơ chế cho sự cân bằng vững vàng hơn này là một hiện tượng gọi là ‘rơi xoáy’. Khi con rệp nghiêng sang một bên, một xoáy không khí phát sinh từ phía đó, đẩy con rệp trở lại tư thế đứng vững. Những kết quả của thí nghiệm này cho thấy quá trình này rõ ràng được hỗ trợ bởi một khối tâm cao.

 

Côn trùng bay như thế nào?

Con rệp đang bay

Không biết những kết quả của thí nghiệm đơn giản, hấp dẫn này có thể áp dụng cho những mô hình côn trùng thực tế hơn – ví dụ như những con rệp thật sự với những bộ cánh thật sự - hay không. Tuy nhiên, Bin Lui và các đồng nghiệp của ông đã làm sáng tỏ một sắc thái của chuyển động bay đập cánh, đó là trọng tâm cao thật sự có thể làm cân bằng sự định hướng của vật bay.

Giống như việc tìm hiểu chuyển động bay cánh cố định đã đưa chúng ta đến với cuộc cách mạng trong ngành giao thông vận tải, người ta chỉ có thể tưởng tượng ra những hệ quả của việc khai thác chuyển động bay của côn trùng ở trên trời mà thôi.

Hoài Ân – thuvienvatly.com
Nguồn: EarthSky.org

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 33)
23/02/2019
Dịch chuyển Lamb Vào thập niên 1930, các nhà vật lí nhận thấy các phép đo về năng lượng liên kết của các electron trong
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 28)
23/02/2019
MỘT KỈ NGUYÊN MỚI CỦA KHÁM PHÁ: ISAAC NEWTON Trong Cuộc chiến Ba Mươi Năm chỉ có vài ba tiến bộ vật lí học diễn ra ở châu
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 27)
23/02/2019
CUỘC CHIẾN BA MƯƠI NĂM Khi đại bác và súng cầm tay được cải tiến, chúng trở nên sát thương hơn, và do đó mọi thứ sớm
Thêm một cột mốc mới về siêu dẫn nhiệt độ cao
17/02/2019
Các nhà vật lí Đức cho biết họ vừa đạt tới một cột mốc siêu dẫn mới. Theo bài báo của họ, họ đã thu được dòng
Bảng tuần hoàn hóa học tròn 150 tuổi (Phần 2)
17/02/2019
Thách thức phía trước Như vậy, bảng tuần hoàn của Mendeleev là lần đầu tiên một sơ đồ phân loại hóa học được sử
Bảng tuần hoàn hóa học tròn 150 tuổi (Phần 1)
17/02/2019
Có hàng nghìn phiên bản khác nhau của bảng tuần hoàn đã được người ta sáng tạo ra kể từ khi Dmitri Mendeleev phác họa nó
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 13)
13/02/2019
Thuật giả kim Các triết gia Hi Lạp ít hứng thú với các vấn đề thực tiễn, thế nhưng một nhánh kĩ thuật hóa học đã ra
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 12)
13/02/2019
Thuyết nguyên tử Triết gia Hi Lạp Leucippus có lẽ là người đầu tiên nêu ra ý tưởng rằng thế giới được làm bằng những

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com