Cánh diều

Nhìn tấm ảnh cậu bé chạy thả diều khi mặt trời sắp khuất bóng, mấy ai không cảm thấy bồi hồi, nhớ về những tháng ngày xa lắc, xa lơ. Ngày đó mình còn là một cậu bé vô tư lự, tung tăng, mải mê nhìn cánh diều bay lên, càng lúc càng cao. Niềm vui hoà lẫn theo cánh diều. Đôi khi niềm vui bỗng chợt tắt, khi diều “băng” (đứt dây). Mình cố công chạy theo “bắt” diều nhưng cuối cùng diều lại bị kẹt trên ngọn cây, tả tơi thân xác! Thôi đành giả từ diều, ngày mai mình sẽ làm con khác.

Từ thuở xa xưa, con người từng ước ao: phải chi mình có cánh như chim để lên khỏi mặt đất, rồi bay muôn phương; một ước mơ mà mãi đến thời cận đại con người mới đạt được. Tương truyền vào thời Xuân Thu , hơn 2500 năm trước, người Tàu đã biết làm diều, nhưng chưa ai biết ngày ấy, diều có hình dạng ra sao;  chỉ biết rằng họ dùng tơ và tre để giúp cho diều được nhẹ, dễ bay. Đến năm 549 sau Công nguyên, người Tàu dùng giấy làm diều và quan trọng hơn nữa, họ còn dùng diều như 1 phương tiện truyền tin lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại. Diều du nhập vào Nhật Bản lần đầu tiên vào thời Heian (năm 794 – 1185). Từ đó diều bay đến các xứ khác, khắp nơi trên thế giới. Ngày nay người ta xem thả diều là một phương tiện giải trí tao nhả và hằng năm tổ chức lễ hội thả diều để tranh tài kiến trúc diều, từ kỹ thuật đến mỹ thuật. Nếu bạn dùng Google để truy tìm “lễ hội thả diều” hoặc “kite festival”, bạn sẽ ngỡ ngàng với hơn nửa triệu trang web với vô số bài vở, hình ảnh. Bây giờ, mời bạn xem video clip ngoạn mục dưới đây về lễ hội thả diều, được tổ chức vào ngày 16 tháng 12, 2017 tại Vũng Tàu.

Ở Việt Nam, không rõ diều xuất hiện từ bao giờ; nhưng có người tin rằng “làng diều” ở Bá Giang, Hà Nội có hàng nghìn năm tuổi. Nơi đây có lễ hội thả diều hằng năm vào ngày rằm tháng ba âm lịch. Đặc biệt là diều có gắn sáo, một bộ hoà âm bằng sức gió, với các ống sáo được sắp xếp tương tự như trong đàn T’rưng, hay Pan Flute. Diều có thể đơn thuần với hai cánh rộng; hay có thêm hai cánh nhỏ ở phía sau (như đuôi chim để tạo thêm cân bằng). Sáo ít nhất phải có ba ống và có người đã làm được sáo 19 ống (mỗi lần ống sáo ngắn đi phân nửa, âm thanh lại tăng thêm 1 octave; càng xa về phía mũi, ống sáo càng ngắn và nhỏ hơn). Mời bạn nghe “người trong nghề” thố lộ cách làm sáo trong bài Sáo diều, trong video clip Diều sáo làng Đại Trà và xem Đức “Diều” làm diều sáo rộng 3.5 m.

Xem xong cách làm diều, bạn có biết lý do vì sao diều có thể bay được hay không? Ai cũng biết diều bay được là nhờ có gió; nếu không có gió thì người thả diều cầm diều, chạy, để cho diều có một vận tốc so với vùng không khí chung quanh. Khi diều bay lên được rồi, nhờ có gió, người thả diều không cần phải chạy nữa và có thể ung dung, tiếp tục thả diều. Nhưng làm sao gió lại có thể làm cho diều bay? Và làm sao người thả diều có thể điều khiển diều? Từ lâu, người xưa đã biết thả diều nhưng họ chưa biết câu trả lời theo nguyên lý khoa học. Tương tự như vậy, người xưa đã biết dùng gió để đẩy thuyền (buồm), để quay chong chóng trong máy xay lúa (windmill); nhưng mãi đến giữa thế kỷ thứ 18, môn Khí Động Lực học (Aerodynamics) mới ra đời và từ đó người ta áp dụng các nguyên lý này vào các phát minh tân kỳ như glider, máy bay… Mời bạn đọc câu trả lời đơn giản trong Câu hỏi Vật lý thường thức/Vì sao con diều có thể bay được?. Nếu bạn tò mò muốn tìm hiểu thêm về nguyên lý của diều, mời bạn đọc luận án cao học của Christopher Donnelly năm 2013: Dynamics and control of a single-line maneuverable kite

Để thử óc tò mò của bạn, mời bạn xem bức tranh thả diều bên cạnh, in từ bản khắc trên gỗ, năm 1634.  Bạn có phát hiện điều gì vô lý không? Tại sao dây thả diều lại cứng ngắt như bằng kim loại vậy? Mặc dầu dây thả diều có thể rất nhỏ và rất nhẹ, nhưng trọng lực của trái đất phải lảm nó oằn, y như các dây tải điện ngoài đường phố. Người hoạ sĩ của bức tranh này có lẽ đã quá quan tâm đến mặt mỹ thuật mà quên đi tiểu tiết của vật lý. Một điểm khác đáng chú ý là người này thả diều vào một ngày trời nắng (nên phải đội mũ). Ngày đó người hoạ sĩ đâu biết rằng hơn 100 năm sau có người lại cố tình thả diều lúc trời mưa. Đó là câu chuyện của ông Benjamin Franklin, khi ông dùng diều để chứng minh trong mây mưa có điện, trong một chiều vào tháng 6 năm 1752.

Tương truyền vào thế kỷ thứ 6 sau  Công Nguyên, người Tàu đã làm được diều không lồ đủ sức chở một người vói trọng lượng trung bình. Nhưng diều lại có dây, nên con người chưa bay được như chim. Mãi đến ngày 29 tháng 6 năm 1895, thế giới mới có dịp chứng kiến cảnh người mang “cánh diều” để bay khi Otto Lilienthal “cất cánh” từ đỉnh đồi (tiếc rằng ông đã tử nạn khi cánh diều của ông đâm đầu xuống đất vào ngày 9 tháng 8 năm 1896). Mời bạn xem thêm EN Otto Lilienthal: "FIRST IN FLIGHT" - 7 Seconds for Eternity. Từ đó hang glider ra đời và người ta dốc lòng cải tiến kỹ thuật làm cánh diều (càng ngày càng an toàn hơn, nhẹ hơn, bay xa hơn, bay cao hơn, dùng dụng cụ điện tử tân tiến, dùng động cơ trợ lực khi cất cánh hay khi đáp xuống đất…). Phải nhìn các hang glider trong các năm gần đây mới biết được bây giờ kỹ thuật làm hang glider đã tiến đến mực nào.

Xưa giờ, con người vẫn muốn vỗ cánh bay như chim. Năm 1485, Leonardo da Vinci  phác họa một máy có thể vỗ cánh như chim, được mệnh danh là ornithopter. Mãi đến năm 1929, Alexander Lippisch mới thành công với chiếc ornithopter, lần đâu tiên bay được nhờ sức người (bay được khoảng 300 m sau khi được kéo lên khỏi mặt đất). Cho đến bây giờ (2018) thế giới vẫn chưa có ornithopter nào có thể giúp con người tự cất cánh và vỗ cánh bay như chim! Vào ngày 2 tháng 8 năm 2010, một nhóm sinh viên ở Đại Học Toronto đã thử nghiệm Snowbird ornithopter có thể vỗ cánh bằng sức người, nhưng để bay lên khỏi mặt đất, họ phải nhờ 1 xe kéo ornithopter để tạo nên sức gió, tương tự như trẻ con chạy thả diều. Theo thiển ý của người viết, việc chế tạo ornithopter chở người chỉ là để thoả mãn thử thách cá nhân, không thật sự ích lợi bởi vì con người đã thành công trong việc dùng máy móc thay sức người. Mặt khác, con người đã thành công khi chế tạo chim dưới dạng robotics, điều khiển từ xa bằng sóng radio (Remote Radio Control - RCC). Xin mời bạn xem video clip ngoạn mục dưới đây về chim ưng (thật) tấn công chim vịt trời (giả).

Trong những phát minh kỳ thú trong lịch sử cận đại, chúng ta phải kể đến việc con người đã chế tạo được máy bay. Từ ước mơ một người có thể tự mình bay như chim, người ta đã chế được máy bay khổng lồ chở hằng trăm người (Airbus 380 – 615 ghế thiết kế cho hảng hàng không Emirates), hay hằng trăm tấn (Scaled Composites Stratolaunch - chở tối đa 250 tấn), bay xa hằng ngàn dặm (14,534 km -18 tiếng 10 phút), bay mau gấp 8 lần vận tốc âm thanh (scramjets), ngay cả loại phi cơ dân sự không người lái vào năm 2025! Với kỹ thuật hiện đại, người ta có thể điều khiển máy bay như một món đồ chơi, mời bạn xem phi công xử dụng phi cơ chiến đấu tối tân của Nga sô (Sukhoi SU- 30) như một con búp bê, múa may quay cuồng , sát mặt đất, trước khi bay vút lên trời xanh (giỡn chơi thôi; thật ra người nào đó làm phù phép để ghép hình chiếc máy bay đang làm trò xiếc “rắn hổ mang ngóc đầu” - Pugachev's Cobra – vào cảnh dân chúng đứng xem máy bay gần phi đạo).

Trong những năm gần đây, người ta chứng kiến máy bay không người lái (Unmanned Air Vehicle – UAV) của Hoa Kỳ trên các chiến trường ở A Phú Hản (Afghanistan), ở Trung Đông. Các máy bay này được điều khiển từ xa (ngay cả từ vệ tinh), để do thám, hay để mang theo vũ khí tấn công. Người ta cũng chế biến UAV cho các áp dụng phi quân sự, thí dụ như một loại máy bay đồ chơi điều khiển theo kiểu RCC, có thêm camera để chụp hình hay quay video từ trên cao, để giao hàng tận nhà … Từ đó người ta gọi các loại UAV “bỏ túi” này bằng “drone” (vì tiếng kêu vo vo như tiếng ong kêu). Càng ngày người ta càng cải thiện drone; từ loại 1 chong chóng (ornithopter) đến loại 4 chong chóng (quadcopter); từ loại bay từng chiếc đơn lẻ đến loại bay từng đàn như ong; từ loại thông thường đến loại có óc thông minh nhân tạo (Artificial Intelligence) … Mời bạn thưởng thức 2 video clips sau đây: một clip trích từ 1TEDTalks do giáo sư Raffaello D’Andrea ( Swiss Federal Institute of Technology in Zurich) trình bày, clip kia nói về loại drone nhỏ xíu, nhưng có thông minh nhân tạo và có thể giết người (mà không cần người điều khiển!)

 Ít ai biết rằng diều có nhiều biến thể và áp dụng trong đời sống ngày nay, thí dụ như kytoon (kite + balloon = bong bóng treo quảng cáo, đo thời tiết, chụp hình từ trên cao …), khinh khí cầu (aerostat) có gắn turbine để chuyển năng lượng của gió thành điện…Lên cao hơn nữa, có các phi thuyền dùng áp suất bức xạ của mặt trời (solar radiation pressure) để đẩy phi thuyền vào vũ trụ (solar sail) tương tự như gió đẩy thuyền buồm. Gần đây, NASA nghiên cứu việc dùng space sunshade ở giữa mặt trời và trái đất để ngăn chận bớt photons đến từ mặt trời, nhằm mục đích chống lại nạn trái đất đang nóng dần. Theo dự tính vào thời buổi bây giờ, sunshade này gồm khoảng 16 ngàn tỷ đĩa (disk); mỗi đĩa có đường kính 0.6 m và bề dày 0.005 mm bay trong quỹ đạo chung quanh mặt trời với chu kỳ mỗi năm 1 vòng (quay chung quanh mặt trời cùng nhịp với trái đất). Chương trình này nếu được chấp thuận sẽ được thực hiện trong vòng 25 năm sắp tới, với tổn phí khoảng vài ngàn tỷ dollars!

Từ những cánh diều đơn giản làm bằng giấy hằng trăm, hằng ngàn năm về trước, đến những máy bay không người lái vào thời buổi bây giờ và những chiếc “bình phong ngăn ánh mặt trời” (space sunshade) trong tương lai, quả thật văn minh của con người đã tiến rất xa. Một số người nặng lòng ưu tư cho việc tiến hoá của nhân loại đang hết lời kêu gọi mọi người hãy cố gắng tận dụng khả năng của riêng mình, lợi dụng ưu thế của hoàn cảnh hiện tại, để đưa con người tiến xa hơn nữa, rất nhiều và rất nhanh. Tiếc rằng người viết không còn được may mắn nhìn những phát minh ưu việt như vậy, không được sống trong một thế giới mà văn minh con người tranh quyền với tạo hoá.

Mời xem thêm Người dơi (wing suit).