Diều bay nhờ đâu: góc nghiêng, dây lèo, đuôi diều và tiếng sáo tre

Diều bay được vì nó luôn nghiêng một góc so với hướng gió: gió đập vào mặt dưới, bị hắt xuống, và theo định luật phản lực, diều bị đẩy ngược lên. Sợi dây giữ diều lại, không cho gió thổi bay đi, nên lực đẩy ấy biến thành lực nâng. Còn chiếc sáo buộc trên diều kêu vì luồng gió cắt qua một khe hẹp và làm cột không khí trong ống tre rung lên, giống hệt khi ta thổi ngang miệng chai.

Ba lực giữ con diều đứng trên trời

Một con diều đang đứng yên trên cao không hề "nghỉ". Nó đang ở thế cân bằng giữa ba lực:

• Trọng lực kéo diều xuống, đặt ở trọng tâm của khung, giấy và đuôi.
• Lực của gió tác dụng lên mặt diều. Lực này có thể tách làm hai phần: phần đẩy lên gọi là lực nâng, phần đẩy lùi theo chiều gió gọi là lực cản.
• Lực căng dây kéo diều về phía người cầm dây.

Khi ba lực này cộng lại bằng không, diều đứng yên một chỗ. Gió mạnh lên thì lực nâng lớn hơn, diều bốc cao và dây căng hơn. Gió yếu đi thì lực nâng nhỏ lại, diều chúi xuống. Người thả diều giỏi cảm nhận được sự thay đổi ấy qua sợi dây trong tay: dây chùng là phải kéo nhẹ cho diều "ăn gió" lại, dây giật mạnh là phải nhả bớt để khung khỏi gãy.

Vì sao phải nghiêng

Thử cầm một tấm bìa phẳng đứng trước quạt điện bật số mạnh, cách cánh quạt chừng một mét. Giữ bìa nằm ngang, gần như không có gì xảy ra. Nghiêng mép trước lên một chút, bạn thấy tấm bìa muốn bốc lên khỏi tay. Nghiêng quá nhiều, gần dựng đứng, thì tay bị đẩy giật ra sau chứ không lên. Góc giữa mặt diều và hướng gió gọi là góc tấn. Diều dẹt thường bay tốt khi góc này vào khoảng vài chục độ; quá nhỏ thì không đủ nâng, quá lớn thì lực cản lấn át và diều bị kéo dạt về phía người thả.

Dây lèo: bộ phận nhỏ quyết định góc nghiêng

Dây diều không buộc thẳng vào một điểm trên khung. Người làm diều buộc hai hoặc ba sợi ngắn vào khung, chụm lại ở một nút rồi mới nối với dây dài. Các sợi ngắn đó gọi là dây lèo. Vị trí của nút chụm quyết định góc tấn của diều.

Nút dây lèo đặt ở đâu	Diều nghiêng thế nào	Diều bay ra sao
Gần đầu diều	Mặt diều gần như nằm ngang theo gió	Bay cao, dây dốc đứng, nhưng cần gió khá đều; gió yếu dễ rơi
Ở giữa	Nghiêng vừa phải	Cân bằng, hợp cho người mới thả
Gần đuôi diều	Mặt diều dựng đứng chắn gió	Lên được khi gió nhẹ nhưng không cao, bị kéo dạt và dây căng mạnh

Khi diều cứ quay vòng hoặc lao đầu xuống đất, người thả thường dịch nút lèo đi một chút, mỗi lần chừng một đốt ngón tay, rồi thả thử lại. Đó chính là cách các kỹ sư làm việc: thay đổi một thứ, quan sát, rồi mới thay đổi tiếp.

Đuôi diều không chỉ để trang trí

Một con diều dẹt không đuôi rất hay xoay tít rồi cắm đầu. Lý do là khi gió đổi hướng một chút, diều lệch sang bên, và không có gì kéo nó về thẳng. Cái đuôi dài ở phía dưới có lực cản riêng. Khi diều nghiêng, đuôi bị gió kéo lùi về phía sau và kéo phần dưới của diều theo, giống cái đuôi của mũi tên giữ cho mũi tên bay thẳng. Đuôi cũng hạ trọng tâm của cả con diều xuống thấp, khiến nó khó lật hơn.

Diều sáo truyền thống ở miền Bắc thường là loại không đuôi nhưng rất to, khung được uốn cong để mặt diều hơi võng như cánh chim. Mặt võng hình chữ V nhẹ giúp diều tự lấy lại thăng bằng khi bị gió xô sang một bên, nên không cần đuôi dài.

Sáo diều kêu nhờ đâu

Sáo diều là những ống tre hoặc ống nứa bịt kín một đầu, phía trên khoét một khe miệng. Khi diều bay, gió thổi vuông góc với khe miệng ấy. Luồng gió đập vào mép sắc của khe, bị tách làm hai, lúc trượt vào trong ống, lúc trượt ra ngoài. Sự lắc qua lắc lại rất nhanh này đẩy cột không khí trong ống rung theo. Ống càng dài và khoang càng rộng thì tiếng càng trầm; ống ngắn, khoang nhỏ thì tiếng cao và trong.

Nguyên lý đó giống hệt khi bạn thổi ngang miệng một chai nước rỗng. Đổ thêm nước vào chai, khoang khí ngắn lại, tiếng kêu cao lên. Người làm sáo thường ghép nhiều ống to nhỏ khác nhau thành một bộ, gọi theo kiểu dân gian là sáo đơn, sáo kép, sáo ba, để trên trời vang lên cả hợp âm. Ở nhiều làng ven Hà Nội, tiếng sáo trầm bổng là cách người ta nhận ra diều nhà nào đang bay, ngay cả khi diều đã nhỏ như hạt tiêu.

Vì sáo khá nặng, diều mang sáo phải to và khung phải chắc. Những con diều sáo lớn ở các hội thả diều có sải cánh vài mét và cần vài người cùng giữ dây. Phần chẻ tre, vót nan, khoét sáo luôn do người lớn có kinh nghiệm làm, vì dùng dao sắc và tre rất dễ bật cứa tay.

Diều trong lịch sử khoa học

Diều có từ rất lâu. Sử sách Trung Hoa ghi lại diều từ hơn hai nghìn năm trước, ban đầu làm bằng gỗ và lụa, có lúc dùng để đo khoảng cách hoặc báo tin. Ở Việt Nam, thả diều gắn với những cánh đồng sau vụ gặt, khi gió nồm thổi đều và đồng ruộng rộng thoáng.

Diều cũng từng là dụng cụ thí nghiệm thật sự. Trước khi bay chiếc máy bay có động cơ đầu tiên năm 1903, hai anh em nhà Wright đã thử cách uốn vênh cánh để lái trên một chiếc diều hai tầng cánh vào năm 1899. Các nhà khí tượng cuối thế kỷ 19 cũng treo dụng cụ đo nhiệt độ, độ ẩm lên diều để đo không khí trên cao, trước khi có bóng thám không.

Có một câu chuyện hay được kể: Benjamin Franklin thả diều trong cơn giông để chứng minh sét là điện. Các nhà sử học vẫn còn bàn cãi chi tiết thí nghiệm đó diễn ra thế nào. Điều chắc chắn là làm lại việc ấy có thể chết người: đã có người thiệt mạng khi thử các thí nghiệm tương tự với sét.

Thả diều an toàn: vài điều không được bỏ qua

1. Tránh xa dây điện, trạm biến áp và cột điện. Dây diều mắc vào đường điện có thể làm chập lưới hoặc dẫn điện xuống người cầm dây, nhất là khi dây ẩm. Ngành điện lực ở nhiều tỉnh năm nào cũng nhắc chuyện này vào mùa diều. Diều đã mắc vào dây điện thì bỏ, tuyệt đối không leo hay giật lại.
2. Không thả gần sân bay và các khu vực cấm bay; diều bay cao có thể gây nguy hiểm cho máy bay.
3. Không thả khi trời giông, có sấm chớp.
4. Chọn bãi rộng, bằng phẳng: bãi cỏ, cánh đồng đã gặt, bờ đê có người lớn đi cùng. Không vừa chạy vừa ngước nhìn trên đường xe cộ hay mép ao.
5. Đeo găng hoặc quấn dây vào ống khi diều to, vì dây căng có thể cứa đứt da tay.

Gió hợp để thả diều nhỏ là gió vừa, đủ làm lá cây rung và cành nhỏ đung đưa liên tục. Theo thang sức gió Beaufort mà các bản tin thời tiết vẫn dùng, đó là khoảng cấp 3 đến cấp 4. Gió mạnh hơn dễ làm gãy khung diều giấy.

Thử làm: con diều túi nilon và thí nghiệm dời nút lèo

Bạn không cần chẻ tre vẫn hiểu được cách diều bay. Con diều dưới đây làm hoàn toàn bằng vật liệu an toàn, kéo cắt giấy là đủ.

Vật liệu

• Một túi nilon mỏng hoặc tờ giấy báo khổ lớn
• Hai que xiên thịt bằng tre đã bẻ bỏ đầu nhọn, hoặc hai ống hút giấy cứng (người lớn bẻ đầu nhọn giúp)
• Băng dính, cuộn chỉ may hoặc dây cước nhỏ, một mẩu ruy băng làm đuôi

Các bước

1. Đặt hai que thành hình chữ thập, que dọc dài hơn que ngang. Dán chặt chỗ giao nhau.
2. Cắt túi nilon thành hình thoi lớn hơn khung một chút, dán bốn đầu que vào bốn góc.
3. Buộc hai sợi chỉ ngắn: một ở đầu que dọc, một ở chỗ que dọc gần đuôi. Chụm hai sợi lại thành một nút lèo.
4. Buộc dây dài vào nút lèo, dán đuôi ruy băng dài gấp ba chiều dài diều.

Thí nghiệm

Ra bãi trống, thả diều ba lần, mỗi lần dịch nút lèo đi một chút: gần đầu, ở giữa, gần đuôi. Ghi lại diều lên nhanh hay chậm, dây dốc hay thoải. Lần thứ tư, cắt ngắn đuôi còn một nửa và xem diều có xoay vòng không. Bạn vừa làm đúng việc các nhà thiết kế cánh máy bay làm trong hầm gió: đổi một yếu tố, đo, rồi so sánh.

Muốn nghe tiếng sáo mà không cần khoét tre, hãy lấy ba chai nhựa nhỏ, đổ nước ở ba mức khác nhau rồi thổi ngang miệng chai. Chai ít nước nhất kêu trầm nhất. Đó là bộ "sáo" đầu tiên của bạn.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao diều bay được mà không cần động cơ?

Diều được giữ bằng dây nên gió không thổi bay nó đi mà phải chảy qua mặt diều đang nghiêng. Gió bị hắt xuống dưới, và phản lực của nó đẩy diều lên. Năng lượng đến từ gió, sợi dây đóng vai trò "điểm tựa" giữ diều đứng yên trong luồng gió.

Dây lèo diều là gì?

Dây lèo là các sợi dây ngắn buộc từ khung diều, chụm lại ở một nút rồi nối vào dây thả. Vị trí của nút này quyết định diều nghiêng bao nhiêu so với gió. Chỉnh dây lèo là cách sửa diều hay gặp nhất khi diều xoay vòng hoặc không lên.

Vì sao sáo diều kêu được?

Gió thổi ngang qua khe miệng sắc của ống tre bị tách làm hai và dao động qua lại rất nhanh. Dao động đó làm cột khí trong ống rung lên thành âm thanh. Ống to và dài cho tiếng trầm, ống nhỏ và ngắn cho tiếng cao.

Đuôi diều có tác dụng gì?

Đuôi diều tạo lực cản ở phía dưới và hạ thấp trọng tâm, giúp diều luôn quay đầu về phía gió và không xoay tít. Diều dẹt nhỏ gần như luôn cần đuôi. Diều có mặt cong, như nhiều loại diều sáo, có thể bay ổn định không cần đuôi.

Thả diều ở đâu là an toàn?

Nơi an toàn là bãi rộng, bằng phẳng, xa dây điện, trạm biến áp, đường xe chạy và sân bay. Không thả khi trời giông. Trẻ nhỏ nên thả cùng người lớn, và diều mắc vào dây điện thì phải bỏ, không leo hay giật lại.