Vì sao các quả lắc đồng hồ luôn đu đưa ngược chiều khi đặt cạnh nhau?

Đây là điều mà nhà thiên văn, nhà phát minh người Hà Lan, Christian Huygens phát hiện từ thế kỷ 17. Khi đặt hai chiếc đồng hồ quả lắc cạnh nhau, Huygens phát hiện các quả lắc luôn đu đưa ngược chiều. Kỳ thực, ông đã gặp may khi chế tạo chiếc đồng hồ này.

Huygens đã phát minh ra đồng hồ quả lắc năm 1657 khi đang nỗ lực giải quyết vấn đề xác định kinh độ trên biển. Trong thiết kế của ông luôn có một cặp đồng hồ, phòng khi nếu một chiếc bị chết hoặc cần phải đem đi lau rửa chiếc còn lại vẫn chỉ đúng giờ.

Huygens đã thử nghiệm cặp đồng hồ này trên biển, với hai chiếc được treo cạnh nhau trong cùng một khung, nhưng ở trong hai 

Nhà thiên văn, nhà phát minh Christian Huygens (Ảnh: worldtempus)

hộp riêng biệt. Khi quả lắc của hai chiếc đồng hồ bắt đầu dao động, Huygens nhận thấy có một hiện tượng kỳ lạ mà ông gọi đó là “sự hài hoà kỳ quặc”: Bất kể hai quả lắc được bắt đầu chuyển động ở vị trí nào, thì cuối cùng, chúng vẫn luôn đu đưa theo các hướng ngược chiều nhau, như thể chiếc này là ảnh gương của chiếc kia vậy.

Có thể lý giải về hiện tượng này như sau: Vì chiếc khung nặng nề đã hạn chế được tất cả các lực văng sang hai bên mà các quả lắc sinh ra khi chúng đu đưa, nên hai quả lắc được giữ trong trạng thái ổn định mà những giao động đối xứng của chúng khử lực văng lẫn nhau. Nếu tỷ lệ khối lượng của mỗi quả lắc so với tổng khối lượng của đồng hồ nhỏ hơn 1:120, hai quả lắc có xu hướng đu đưa ngược chiều nhau. Nhưng nếu tỷ lệ này lớn hơn 1:180 thì một hoặc cả hai quả lắc dần dần sẽ dừng lại vì lực văng của những quả lắc làm chiếc hộp bao ngoài khá nhẹ này dao động theo, gần giống như khi ta lắc chiếc hộp đồng hồ vậy.

Hiện tượng này bị bỏ quên bao năm nay, mãi đến gần đây, người ta mới quan tâm đến. Và Huygens đã rất may mắn khi chiếc đồng hồ của ông được tạo ra đúng với tỷ lệ để hiện tượng “kỳ lạ” trên có thể xảy ra.