Giải thích kết quả một thí nghiệm của ông Nguyễn Văn Thường

Đây là lời giải thích của anh Lê Xuân Lộc (Canada) và Phạm Quang Tuấn về thí nghiệm của ông Nguyễn Văn Thường. 


Vật lý cơ học của ta đi trước thời đại
 (April 8, 2011)

Những "Sai Lầm về Vật Lý" mà Tác Giả Nguyễn văn Thường nêu lên trong một bài báo gần đây và các video clip trên YouTube thật ra là do ông hiểu vấn đề không kỹ và lẫn lộn các ứng dụng của Toán với hiện tượng Vật Lý. Thiết nghĩ chỉ cần viết một bài thật ngắn gọn để góp ý là xong chuyện vì tính cơ bản của vấn đề.

Nhưng sau đó đề tài trở nên sôi nổi hơn và khi theo dõi những mạng báo liên quan đến đề tài này cũng chưa thấy một giải thích nào đi thẳng hơn vào vấn đề để giúp tác giả không còn có thắc mắc. Hy vọng những giải thích sau đây sẽ giúp tác giả cũng như các học sinh thích Vật Lý thấy được vấn đề tường tận hơn.

____________________

Trong toán học vec-tơ, ở bất kỳ vị thế nào, người ta cũng có thể viết phương trình cho 3 vec-tơ như sau, dùng chữ đậm (boldface) cho kí hiệu chỉ vec-tơ:

 

Chúng ta có thể nói rằng vec-tơ C là do vec-tơ A và B tạo thành, các gốc do các vec-tơ tạo thành không có những trị số đặc biệt như chúng ta đã thấy trong các hình vẽ trên mà chỉ tùy vào vị trí của A và B. Đó là căn bản của toán vec-tơ.

Đem toán vec-tơ ứng dụng vào vật lý để phân tích lực được tượng trưng bằng những vec-tơ thì chúng ta có thể nhận ra nét đặc thù là các lực tác động (acting force) và hiệu lực (resultant force) sẽ tạo ra các tam giác vuông. Và lực tác dụng luôn luôn đóng vai trò ‘cạnh huyền’ là cạnh lớn nhất trong một tam giác vuông. Lý do là vì trong vật lý muốn tìm các hiệu lực của lực tác động trên phần tử (component) nào của cấu thể (structure), ta phải chiếu thẳng lực tác động lên phần tử ấy.

Trong cái video clip "Sai lầm Vật Lý", tác giả, Nguyễn văn Thường, đã tự tiện vẽ ra ba lực S_N, S_K và P mà không phân biệt lực nào là lực tác dụng (acting force) và lực nào là hiệu lực (resultant forces). Sự khác biệt này rất quan trọng trong các ứng dụng về kiến trúc hay xây cất như tác giả đã nêu ra trong các kinh nghiệm mà ông đề cập ở mấy các video clips Youtube.

Thông thường lực tác dụng là lực đã biết hoặc có trị số được ấn định và từ đó người ta đi tìm các hiệu lực để nguyên cứu hậu quả của lực tác dụng này trên các phần tử(components) của vật thể (object, structure) là gì.

Để giải thích những thắc mắc mà ông Thường đã đưa nêu ra như là sự xuất hiện của một lực cực lớn làm cho cầu gãy, nhà sập do sự di động của các phần tử (thanh AC) như trong hình vẽ của tác giả, chúng ta hãy trở lại hình vẽ. Trong ba lực  S_N, S_K và P, tác giả còn cho lực P có một vị trí rất đặc biệt là P thẳng góc với S_K , có lẽ vì tác giả có dụng ý ví P như một ‘trọng lực’ hay lực ‘uốn’ . Qua cách đặt vấn đề như trong hình vẽ, ta có thể dùng  một phương trình Toán để thiết lập liên hệ các lực hiện hữu như sau:

Và như vậy hiệu lực P (lực uốn?) là lực phải tìm (unknown) do các lực tác dụng là lực "kéo" S_K và lực "nén" S_N với độ dài (hay cường độ) S_K, S_N và góc α đã được biết (known).  Góc α có thể có những trị số khác nhau không nhất thiết phải cố định.

Vì lực kéo S_K nằm thẳng gốc với lực P (nằm ngang) nên không có tác động đáng kể (0), ta có thể viết cường độ (hay độ dài) của lực P được tạo ra bởi lực tác động S_N như sau:

P =   S_N sinα                  S_N: cường độ của lực  S_N

Khi góc α tiến đến 0 thì cường độ của lực P, là P cũng tiến đến 0. Hay nói cách khác,  P biến thiên theo vị thế của lực nén S_{N .}

Tuy nhiên, thay vì đi tìm cường độ của hiệu lực P như trên, tác giả có lẽ đã không hiểu đặc tính của các lực mà ông đã vẽ ra, rồi biến phương trình trên thành:

S_N =  P / sinα

Theo công thức trên, và do tác giả nghĩ  rằng P có trị số nhất định (fixed) vì thế khi góc α có trị số 0 độ, S_N tiến đến vô cực (∞) rồi đi đến kết luận vật lý cơ bản dạy sai với thực tế mà ông đã từng chứng kiến (xem YouTube video được trích ra ở trong một bài ngắn)!

Tóm lại có ba điểm quan trọng mà tác giả cần nên biết trong vấn đề ông đưa ra:

1) Các lực tác dụng (acting forces) S_N và S_K là các lực có cường độ (độ dài) đã cho sẵn, góc α của lực nén có thể thay đổi và lực phải tìm là hợp lực P (resultant force) hay lực ‘uốn’ có thể thay đổi tùy theo vị trí của góc α.

2) Có thể tác giả vì hiểu lầm và cho rằng P có trị số nhất định (fixed) nên khi góc α thu nhỏ về 0 thì

P / 0  → ∞ (vô cực)

trong thực tế thì hiệu lực P có cường độ hay độ dài thay đổi tùy theo trường hợp (biến thiên theo góc α). Ở trường hợp như trong hình vẽ trên, khi góc α nhỏ dần (tiến đến 0) thì trị số của P cũng nhỏ dần (tiến đến 0).

3) Ngay cả khi hiểu như cách của chính tác giả ( S_N =  P/sinα ), khi góc α tiến về trị số 0, thì P cũng thu nhỏ dần về 0, và ta có: 0/0 là dạng vô định trong toán học. Dạng này có các trị số thực tùy theo trường hợp suy nghiệm. Trong toán học vi tích phân (Calculus), có công thức rất quen thuộc:

Khi  x → 0,   sinx / x  = 1

và như thế thì không thể nào có lực cực đại. Tác giả đã không hiểu rõ vấn đề mà đi đến kết luận đáng tiếc.

Còn nếu cho P là lực tác dụng và muốn đi tìm các lực S_K và S_N thì cách thức phân lực được phân tích và trình bày trong một bài ngắn hơn rồi.

Lê Xuân Lộc

Và đây là giải thích của Gs Phạm Quang Tuấn

Giải thích kết quả một thí nghiệm của ông Nguyễn Văn Thường 

 

Bài viết ngắn này giải thích kết quả thí nghiệm của ông Nguyễn Văn Thường trong video clip sau đây

Hình 1 cho thấy ba cây thẳng, nối với trụ ở A và B bằng khớp (tự do xoay, như khớp đầu gối), nối với nhau ở C cũng bằng khớp.

Ở Hình 2 ta treo quả cân lên điểm C. Quả cân này gây phản lực: một lực căng trong thanh AC và một lực nén trong thanh BC. Hai lực này hợp lại làm cân bằng sức nặng F của quả cân.

Tuy nhiên, Hình 2 cho thấy một điều mà sách vật lý nhập môn không nói: thanh AC bị lực căng nên dãn ra (AC’ dài hơn AC), thanh BC bị sức nén nên ngắn lại (BC’ ngắn hơn BC). Do sự thay đổi chiều dài đó, điểm C bị trĩu xuống vị trí C’. Cả ba khớp cũng đều xoay và đổi góc độ. Hình 2 cố ý vẽ quá lố cho dễ hiểu, thực ra (tùy trọng lượng quả cân) những thay đổi chiều dài và góc độ này rất nhỏ, phải có máy đo chính xác mới thấy được.

Tại sao sách vật lý nhập môn không nói điều này? Giản dị là để học sinh khỏi rối trí vì học quá nhiều khái niệm mới trong một thời gian ngắn. Do đó, sách và thầy phải giản lược (còn gọi là mô hình hóa - model) những gì xảy ra trong thực tế.

Nếu ta hàn lại hay khóa chặt khớp A thì sao? Hình 3 cho thấy, vì thanh AC không còn tự do xoay quanh khớp A, nó bị cong xuống.

Khi một thanh rắn cong như vậy, phần dưới của nó bị nén vào và phần trên bị dãn ra, như ta thấy ở hình 4. Bạn cứ cong gập người lại như khi tập bụng “sit up” sẽ thấy ngay: lưng bạn dãn ra, bụng bạn co lại.

Ông Nguyễn văn Thường đo lực dãn của hai thanh AC, BC bằng lực kế. Lực kế, thực ra, không trực tiếp đo lực, mà chỉ đo độ dãn của một cái lò xo. Hai đầu lò xo đó được gắn vào hai điểm trên thanh AC, và lò xo co dãn theo thanh AC. Co dãn nhiều thì lực kế chỉ lực lớn, co dãn ít thì lực kế chỉ lực nhỏ, giống như cái cân trong phòng tắm.

Nhưng, điều quan trọng là đầu lò xo gắn vào điểm nào. Như ta thấy trong Hình 5, lực đo sẽ khác hẳn tùy theo ta gắn vào điểm a, b, c, d hay e, dù rằng những điểm này rất gần nhau (tùy bề rộng của thanh kim loại). Ở điểm a dãn lớn, điểm b dãn một nửa, điểm c không có co dãn gì hết, điểm d bị nén, điểm e nén gấp đôi. Nhích đi 1 mm, là lực thay đổi hẳn và thậm chí đổi từ căng sang nén!


Thí nghiệm của ông Nguyễn văn Thường không chú ý điểm này, điểm gắn lực kế không xác định chính xác, nên kết quả chẳng chứng minh được gì cả. Không ngạc nhiên khi thấy nó “trái ngược lý thuyết 180 độ”, như lời ông nói.

Từ đó ta có thể kết luận:

1. Đừng nên dựa vào sách vở trung học để đánh giá khoa học thế giới.
2. Khi làm thí nghiệm, ta phải hiểu rõ ta đang thí nghiệm để chứng minh cái gì.
3. Khi làm thí nghiệm, phải hiểu rõ toàn bộ các chi tiết tình hình vật lý.
4. Không cần phải viện tới khám phá vật lý gì mới để giải thích kết quả thí nghiệm của ông Nguyễn văn Thường

P.Q.T.

Chú thích: Có thể đọc thêm những bài trước dưới đây:
Giải thích thêm về “Vật lý cơ học của Việt Nam có đi trước thế giới”
Vật lí cơ học chúng ta đi trước thời đại ?
“Vật lý cơ học của Việt Nam có đi trước thế giới”: Khoa học dỏm và khoa học thật