Gặp rất nhiều trong tự nhiên nhưng sự thật về chúng lại là ẩn số lớn khiến cả thiên tài còn phải "đau đầu".
Vào thế kỷ 15, Leonardo da Vinci - nhà thiên tài lỗi lạc của nước Ý - đã tình cờ trông thấy hình ảnh những gợn sóng tỏa ra thành hình tròn khi giọt nước chạm xuống mặt hồ cạnh nơi ông sống. Hiện tượng này nay được gọi là Bước nhảy thủy lực (hydraulic jumps).
Với bộ óc tinh tường của mình, ông đã dày công để tìm ra câu trả lời cho hiện tượng rất đỗi quen thuộc này.
Thế nhưng, ngay cả lúc qua đời, lời giải đáp của ông vẫn còn rất mơ hồ, khi cho rằng hiện tượng này đơn giản là do... quán tính của nước thôi.
Gợn sóng tỏa ra thành hình tròn khi giọt nước chạm xuống mặt hồ.
Đến năm 1914, nhà vật lý học John William tiếp bước nhà thiên tài người Ý để tìm nguồn gốc tạo ra những "bước nhảy thủy lực" lạ kỳ kia. Cuối cùng, ông kết luận rằng có 3 yếu tố tạo nên hiện tượng này, bao gồm: độ nhớt (viscosity), kinetic energy (động năng) và thế năng (potential energy).
Theo William, khi một vật thể rơi và chạm xuống mặt nước theo độ cao nhất định, thế năng trọng trường sẽ được sinh ra. Cùng với đó, độ nhớt của nước sẽ kết hợp để tạo ra một lực động năng, tạo những đợt "sóng nước" lan tỏa như hình minh họa sau.
Thế năng trọng trường từ dòng nước thẳng đứng, kết hợp với độ nhớt có trong nước sẽ cho ra những đợt “bước sóng” cuộn tròn như hình. Có 3 dạng gồm: 1, 2a và 2b.
Và đây là hình ảnh “chân thực”.
Vậy đây có phải là câu trả lời "chuẩn" nhất hay không?
Trong một báo cáo mới nhất từ Đại học Cambrigde, nhà vật lý Rajesh Bhagat và các cộng sự đã phát hiện ra rằng: Thế năng trọng trường không đóng vai trò chính yếu trong hiện tượng Bước nhảy thủy lực.
Thay vào đó, sức căng bề mặt (surface tension) và ma sát độ nhớt của nước là hai yếu tố chính của hiện tượng tự nhiên này.
Sức căng bề mặt (surface tension – Fs) xuất hiện khi có một lực căng vuông góc (Fw) với mặt phẳng chất lỏng như trên hình.
Theo Bharat, sau khi đã làm một loạt thí nghiệm dựa trên độ cao của vật rơi (z), ông nhận thấy rằng trọng lực của Trái Đất không tạo ra một thế năng đủ lớn để gây ảnh hưởng đến Bước nhảy thủy lực, như đã từng nghi vấn trước đây.
"Chúng tôi đã nhận thấy, sức căng bề mặt và độ nhớt đã đủ cân bằng được xung lượng của nước, và vai trò của trọng lực lại hết sức khiêm tốn".
"Hiểu rõ về cơ chế hình thành Bước nhảy thủy lực sẽ là bước đầu trong việc áp dụng chúng vào thực tiễn, cụ thể là việc vệ sinh xe cộ hay các thiết bị công nghiệp mà không cần hao phí quá nhiều nước", Bharat cho biết thêm.
Tuy sẽ còn nhiều khó khăn ở phía trước, nhưng ắt hẳn rằng, lời giải của Bharat và các cộng sự đã thoả mãn được câu hỏi mà bấy lâu nay khoa học vẫn còn bỏ ngỏ.
