Tại sao vật đặt trên thảm lại nặng hơn?

Hình vẽ: 1 - điểm đặt của trọng lượng; 2 - đòn bẩy (điểm tựa); 3 - đế cân bị cong; 4- đế cân nằm thẳng khi ở trên thảm.

Trọng lượng của bạn sẽ tăng lên nếu bàn cân sử dụng được đặt trên một tấm thảm dày, so với bàn cân đặt trên một mặt phẳng cứng. Hiệu ứng kỳ lạ này vẫn khiến người ta thắc mắc từ lâu. Và nay, các nhà vật lý đã có câu trả lời vì sao.

David Mackay, một nhà vật lý tại Đại học Cambridge (Mỹ) và cộng sự Jon Pendergast đã thực hiện phép cân bằng những chiếc cân bàn tiêu chuẩn trên các bề mặt khác nhau. Họ phát hiện thấy trọng lượng của mình tăng thêm khoảng 10% trên thảm dày so với trên nền nhà cứng.

Để tìm hiểu lý do vì sao, Pendergast đã tháo rời một số bộ phận của chiếc cân và theo dõi các chuyển động của cấu trúc bên trong khi được đặt trên các bề mặt khác nhau. Bên trong chiếc cân có 4 điểm tựa hay “đòn bẩy”, nằm tại 4 góc, mỗi đòn bẩy đều hướng vào trong. Các đòn bẩy này có nhiệm vụ truyền trọng lượng của người tới một đĩa kim loại được gắn trên lò xo. Chuyển động của đĩa kim loại sau đó sẽ được chuyển tới một cái cần để làm quay số trên mặt cân.

Trên bề mặt cứng, Pendergast phát hiện thấy đế của cân hơi cong. Dáng cong này khiến cho mỗi đòn bẩy ở một góc cân nghiêng vào trong chút ít, làm thu hẹp khoảng cách giữa đòn bẩy và điểm đặt của trọng lượng (cánh tay đòn).

Nhưng khi cân được kê lên một tấm thảm dày, và bị lún hẳn vào đó, chiếc thảm sẽ đỡ đế cân, ngăn không cho nó cong đi. Nhờ vậy, khoảng cách giữa đòn bẩy và điểm đặt của trọng lượng dài ra (cánh tay đòn dài hơn).

Theo nguyên lý cánh tay đòn, lực tác dụng lên mặt đĩa kim loại tỷ lệ thuận với chiều dài của cánh tay đòn. Vì thế, khi cánh tay đòn dài hơn, lực tác dụng lên mặt đĩa kim loại càng lớn, tức là số chỉ của chiếc cân càng lớn, bạn sẽ trở nên “nặng” hơn. Thậm chí, độ dài cánh tay đòn chỉ cần tăng chút xíu cũng làm chỉ số của cân tăng lên vài kg.

Các nhà chế tạo cân đã làm ra dụng cụ đo này với ý định kê nó lên mặt phẳng cứng, chứ không phải là trên thảm, vì thế, họ đã không tính đến hiệu ứng kỳ lạ trên. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng, cân số ít chịu ảnh hưởng của phép sai lệch này là do có sự khác biệt ở cơ cấu bên trong.

B.H. (theo NewSci)