Thiết kế đi trước thời đại: Cây cầu tự chống đỡ của da Vinci

Cây cầu tự chống đỡ của da Vinci là một thiết kế đi trước thời đại, thể hiện kiến thức uyên bác về vật lý và hình học của ông.

Leonardo da Vinci không chỉ là bậc thầy nổi tiếng về hội họa mà còn là kỹ sư và nhà phát minh xuất chúng. Một trong những thiết kế độc đáo của ông là cây cầu tự chống đỡ, kỳ quan kiến trúc chỉ sử dụng duy nhất lực hấp dẫn và sắp xếp hình học thông minh để giữ nguyên vẹn mà không đòi hỏi chốt khóa, đinh ốc hay vật liệu kết dính. Thiết kế cầu này phản ánh hiểu biết đi trước thời đại của da Vinci về sự cân bằng, lực căng và lực nén, đồng thời truyền cảm hứng cho các kỹ sư ngày nay, theo Medium.

Thiết kế đi trước thời đại: Cây cầu tự chống đỡ của da Vinci
Bản vẽ cây cầu tự chống đỡ của da Vinci. (Ảnh: Girodilactico).

Năm 1502, da Vinci trình thiết kế cầu lên vua Bayezid II của đế quốc Ottoman. Nhà vua muốn một cây cầu nối liền Istanbul (khi đó là Constantinople) với khu vực lân cận, bắc ngang qua vịnh Sừng Vàng với nhịp dài gần 280m. Dù cây cầu chưa bao giờ được xây dựng khi da Vinci còn sống, nó được thiết kế để vừa hoạt động tốt vừa gây ấn tượng về mặt mỹ quan. Ban đầu, mục đích xây dựng cầu là phục vụ quân đội. Binh lính có thể nhanh chóng lắp ráp và tháo dỡ nó trong chiến dịch quân sự. Thiết kế di động siêu nhẹ cho phép binh lính vượt sông mà không cần mang theo hoặc xây dựng trụ đỡ, đem đến lợi thế to lớn trong chiến tranh.

Cây cầu của da Vinci dựa vào một nguyên lý tự chịu lực nén. Cấu trúc bao gồm một số dầm gỗ được sắp xếp để mỗi dầm bị chặn cứng, tạo ra sự ổn định thông qua áp lực mà chúng tác động lên nhau. Cây cầu được dựng từ nhiều dầm gỗ đan xen ở góc độ chính xác. Khi một dầm đè lên dầm khác, chúng được giữ cố định tại chỗ mà không cần dùng chốt khóa. Điều này tạo ra bộ khung vững chắc giúp phân bố đều lực khắp cấu trúc.

Các dầm được sắp đặt để trọng lượng của chính chúng và trọng lượng của người hoặc vật đi qua cầu tạo ra lực căng và lực nén tự nhiên. Lực hướng xuống tạo bởi trọng lực gây ra sức căng dọc theo chiều dài cầu, trong khi những dầm đặt chéo nhau kháng lại lực đó bằng sức bền nén. Sự tài tình của thiết kế nằm ở chỗ cấu trúc trở nên chắc chắn hơn dưới áp lực bởi trọng lực tác động lên cầu đẩy dầm gỗ lại gần nhau hơn. Đó là lý do cây cầu vẫn ổn định dù không cần đinh ốc hay dây thừng.

Dù lúc đầu thiết kế để quân đội sử dụng, cây cầu tự chống đỡ của da Vinci còn được dùng cho mục đích giáo dục. Nhiều trường học sử dụng thiết kế như một dự án để dạy học sinh về vật lý, kỹ thuật và độ kiên cố của cấu trúc. Năm 2019, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) thậm chí kiểm tra tính khả thi của thiết kế cầu 500 năm tuổi mà da Vinci tạo ra cho vịnh Sừng Vàng. Nhóm nghiên cứu ở MIT xác nhận thiết kế của ông thực sự chịu được trọng lượng lớn và đi trước thời đại. Đây là minh chứng có thể áp dụng kiến thức vật lý và hình học để giải quyết vấn đề thực tế mà không cần dựa vào vật liệu hoặc công nghệ phức tạp.

Từ khóa liên quan: