Tại sao tổ ong hình lục giác

08/12/2019 13:30:10 GMT+7

 Nếu quan sát kĩ các tổ ong, bạn sẽ thấy đó là một 'kiến trúc' thần kỳ và đáng kinh ngạc.

Tổ ong được hợp thành từ nhiều lỗ nhỏ của mỗi con ong. Nhưng chiếc lỗ nhỏ này nhìn chính diện là hình 6 cạnh đều đặn xếp khít nhau, nhìn nghiêng thì đó là các hình lăng trụ lục giác. Đáy của các lăng trụ này lại do ba hình thoi hoàn toàn đồng nhất ghép lại thành một đáy nhọn.

Vậy tại sao các vách ngăn của tổ ong tạo thành hình lục giác mà không phải hình tròn, tam giác, hình vuông hay ngũ giác?

Nhà khoa học Karl von Frisch, người được giải thưởng Nobel về "tiếng nói" của ong mật đã chỉ ra rằng, nếu các lỗ tổ có hình tròn hoặc hình bát giác hay ngũ giác, sẽ có khoảng trống giữa chúng. Điều này không chỉ sử dụng kém về không gian, mà con ong còn phải xây sáp bít kín các khoảng cách giữa các lỗ tổ đó như vậy sẽ lãng phí lớn vật liệu xây dựng.

Những khó khăn này có thể tránh được bằng cách sử dụng các hình tam giác, hình vuông và hình lục giác. Nếu chiều sâu của các lỗ tổ như nhau, các lỗ tỗ này sẽ chứa cùng một khối lượng. Nhưng trong ba hình có thể tích bằng nhau [tam giác, vuông và lục giác], thì hình lục giác có chu vi nhỏ nhất. Nghĩa là số lượng vật liệu xây dựng cần thiết cho các lỗ tổ chứa cùng một thể tích ít nhất ở hình lục giác.

Như vậy, cấu trúc lỗ tổ hình lục giác vừa có sức chứa tối đa lại có độ bền lớn. Mặc dù các vác ngăn này chỉ dày khoảng 0,5mm nhưng có thể hỗ trợ 25 lần trọng lượng của nó. Một bánh tổ ong bằng sáp mới xây chỉ nặng 150g nhưng có thể chứa đến 3kg mật ong mà không bị vỡ.

Cấu trúc tổ hình lục giác của loài ong quả thực là thần kỳ đến mức con người cùng phải học hỏi chúng. Hiện nay kiến trúc sư, kỹ sư đã áp dụng kết cấu tổ ong này vào xây dựng nhằm tiết kiệm nguyên liệu và tận dụng tối đa không gian. Không chỉ vậy, cấu trúc tổ ong còn được áp dụng vào thiết kế cánh máy bay, vách vệ tinh, tàu con thoi và nhiều thiết bị điện tử.

TH [Nguoiduatin.vn]

Nếu quan sát kỹ tổ ong hẳn ta sẽ rất kinh ngạc vì kết cấu của nó thực sự là kỳ tích của tự nhiên. Tổ ong đều là những ô nhỏ liên kết lại với nhau rất đều đặn tạo thành, nhìn chính diện, những ô đó đều là hình lục giác được sắp xếp rất thứ tự đều đặn. Nếu nhìn từ bên cạnh, nó lại là do rất nhiều hình lăng trụ đều xếp khít lại với nhau tạo thành, mà đáy của những lăng trụ đều sáu cạnh này lại khiến ngươi ta càng kinh ngạc hơn, nó không phẳng cũng như không tròn mà là nhọn, được tạo ra bởi ba hình lăng trụ hoàn toàn giống nhau.

Hình lục giác kỳ diệu của tổ ong đã thu hút sự chú ý của con người từ rất lâu. Vì sao con ong bé nhỏ kia lại phải xây tổ thành hình lục giác mà không phải là hình tam, tứ hoặc ngũ giác?

Phàm là những vật thể hình ống tròn, khi chịu lực ép từ bốn phía trước, sau, trái và phải thì mặt cắt của nó biến thành hình lục giác. Cho nên, xét từ góc độ lực học, hình lục giác là hình ổn định nhất. Vậy có phải chiếc tổ lục giác mà ong xây nên là để tránh lực ép đó không? Đương nhiên là không phải, bởi vì ngay từ lúc bắt đầu, chiếc tổ với các hình lục giác đó đã liên kết lại thành một khối rồi.

Đầu thế kỷ 18, một học giả người pháp tên là maupertuis đã đo kích thước 6 góc của tổ ong và phát hiện ra một quy luật rất thú vị là các góc tù của tổ ong đều bằng 108o28’, còn góc nhọn bằng 72o32’. Hiện tượng này đã gợi ý cho nhà vật lý pháp réaumur rằng: hình dạng đặc biệt của tổ ong có phải là vật liệu tiết kiệm nhất mà vẫn đạt được dung tích lớn nhất hay không? Ông đã đặt vấn đề với nhà toán học người thụy sỹ koenig và qua tính toán cẩn thận đã chứng thực phán đoán của ông là hoàn toàn đúng. Tuy nhiên góc mà ông tính ra được là 109o26’ và 70o34’, chỉ sai số so với tổ ong có 2’ mà thôi.

Năm 1743, nhà toán học người anh maclaurin đã tính lại một lần nữa, kết quả cuối cùng hoàn toàn trùng hợp với số đo góc của tổ ong. Lý do mà koenig tính sai 2’ là vì bảng lôgarít in sai mà thôi.

Qua mấy thế kỷ nghiên cứu về tổ ong, cuối cùng người ta phát hiện, loại kết cấu này của tổ ong tiết kiệm nguyên liệu làm tổ nhất nhưng tạo không gian lớn nhất. Người ta còn tìm ra được rất nhiều tác dụng kỳ diệu của nó. Ngày nay, nó đã được ứng dụng rộng rãi trong hiều lĩnh vực như kiến trúc, hàng không, vô tuyến điện, từ kết cấu các khe hẹp cách âm, cách nhiệt kiểu tổ ong trong kiến trúc đến các thiết kế lỗ hút khí trong động cơ máy bay đều có quan hệ rất mật thiết với kết cấu tổ ong.

Tổ ong luôn có ở xung quanh chúng ta, dù bất kì loại ong nào cũng đều sống trong tổ có hình lục giác đều. Tại sao lại như vậy?

Như chúng ta được biết, ong hay bất cứ con vật có cánh nào đều làm tổ trên cao. Tổ của loài ong khá đặc biệt vì có hình lục giác đều. Tổ ong là khối cấu trúc khép kín. Càng nhìn kĩ tổ ong, chúng ta chắc chắn sẽ rất kinh ngạc khi phát hiện ra rằng, kết cấu của tổ ong thật là một kỳ tích của thiên nhiên, nó được hình thành do rất nhiều lỗ với hình dạng to nhỏ không giống nhau tạo thành, nhìn qua từ bên trên, chúng là hình lục giác đều, sắp xếp theo một trật tự nhất định. Nhưng nếu nhìn từ bên trái, chúng lại do rất nhiều hình lăng trụ lục giác đều ghép lại với nhau. Mà đáy của mỗi hình lăng trụ lục giác đều lại càng làm cho con người ta bất ngờ bởi nó không phẳng, cũng không phải tròn. Mà là nhọn được kết hợp do ba lăng trụ đáy nhọn hoàn toàn giống nhau.

Hàng ngày, nếu là người nuôi ong hoặc là người hay ngắm nhìn thiên nhiên chúng ta luôn bị tổ ong thu hút ánh nhìn bởi sự đặc biệt của nó. Vì sự đặc biệt của tổ ong nên chắc hẳn sẽ có người luôn thắc mắc tại sao những con ong nhỏ bé lại làm tổ mình bằng những hình lục giác đều nhỉ, mà không phải là hình tam giác đều, tứ giác đều hay là ngũ giác đều?

Trong tự nhiên, đa số các vật thể có hình ống tròn, khi mặt trước, mặt sau, bên phải, bên trái chịu áp lực, bề mặt chịu lực của nó sẽ biến thành hình lục giác. Vì thế nhìn từ góc độ lực học, hình lục giác là ổn định nhất. Những chú ong nhỏ khi làm tổ không phải để tránh áp lực từ bên ngoài và giữa các tổ với nhau không. Giải thích cho điều này là bởi vì tổ ong ngay từ ban đẩu đã là một khối gắn liền với nhau rồi.

Tổ ong đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu trong suốt một thời gian dài. Một nhà khoa học người pháp tên Malaerqi vào đầu những năm của thế kỉ 18 đã từng đo được góc của tổ ong. Ông bất ngờ phát hiện ra một quy luật thú vị, đó là mỗi góc của hình lăng trụ là 109 độ 26 phút, mà góc nhọn là 70 độ 32 phút. Hiện tượng này đã gợi lên trong đầu nhà vật lý học người Pháp Leomiule một gợi ý: hình dáng cố định và đặc biệt này, phải có tốn ít nhiên liệu nhất không, mà diện tích sử dụng lại là lớn nhất? Chính vì vậy, ông đã xin ý kiến nhà toán học người Thụy Sĩ Kenige, sau khi nghiên cứu tỷ mỷ, Kenige đã chứng thực cho phỏng đoán của ông. Nhưng góc của tổ ong tính ra lẩn này là 109 độ 26 phút và 70 độ 34 phút sai hai phân so với góc mà Leomiule tính ra. Năm 1734, nhà toán học Anh lại tiến hành tính toán từ đẩu, kết quả hoàn toàn phù hợp với góc của tổ ong. Thì ra, số liệu mà Kenige sử dụng trên biểu bảng đều đã bị in sai.

Sau nhiều trăm năm nghiên cứu tổ ong, con người đã phát hiện ra kết cấu này có lợi nhất cho việc tiết kiệm nhiên liệu và tận dụng không gian. Không chỉ vậy nhờ tổ ong con người còn tìm ra được rất nhiều điều để vận dụng nó vào thực tiễn. Hiện nay con người đang ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như kiến trúc, hàng không, vô tuyến điện. Từ kiến trúc “Tẩng hẩm kiểu tổ ong” cách âm cách điệu đến thiết kế con tàu con thoi phóng vào vũ trụ, đều quan hệ mật thiết với kết cấu của tổ ong.