Từ bao giờ vậy? (Kỳ 15)

Bánh xe

Bánh xe là một vật hình tròn có thể quay trên trục mang nó. Bánh xe, kết hợp với trục, cho phép các vật nặng được di chuyển dễ dàng, tạo thuận lợi cho việc chuyển động hoặc vận chuyển của các phương tiện lao động, canh tác, giao thông...

Trong các phương tiện vận tải đường bộ, bánh xe là bộ phận dẫn tiến lên chủ yếu. Bánh xe có dạng hình tròn với đường kính và bề rộng khác nhau, làm bằng gỗ, gỗ bọc sắt, bằng sắt hoặc bằng cao su. Ngày nay có nhiều loại bánh xe khác nhau: Bánh xe bằng thép: chạy trên đường ray cũng làm bằng thép (như bánh xe lửa, bánh xe cần trục hải cảng...); Bánh xe bằng cao su, có bơm hơi hoặc không bơm hơi (như bánh xe máy bay, ô tô, xe máy, máy kéo bánh hơi...); Bánh xe làm bằng gỗ hoặc bằng nhựa đặc biệt (như các loại xe thời xưa hoặc trên các va li, túi kéo có bánh xe, hoặc trên các đồ chơi trẻ em...). Còn có bánh xe xích, nếu kết hợp các bánh xe với dải xích di chuyển của các máy kéo bánh xích, xe tăng...

Được dùng nhiều nhất hiện nay là các loại bánh xe bằng cao su có bơm hơi, còn gọi là lốp. Lốp được cấu thành từ mâm bánh, lốp (vỏ) xe, có hoặc không có săm (ruột) trên các loại phương tiện vận tải lưu hành trên đường bộ.

Trong công nghệ, bánh xe được dùng để thay đổi tần số quay với các truyền động đai, bánh răng, trục vít... hoặc đổi hướng chuyển động, hay truyền chuyển động giữa hai trục.

Việc phát minh ra bánh xe thuộc vào cuối thời kỳ Đồ đá mới, và tiếp đó là thời kỳ Đồ đồng sớm. Điều này có nghĩa là phải mất vài nghìn năm sau khi phát minh ra nông nghiệp và đồ gốm, trong thời kỳ đồ đá mới Aceramic (9500 - 6500 trước Công nguyên). Vào năm 4500 - 3300 trước Công nguyên phát minh ra bánh xe của thợ gốm; Bánh xe bằng gỗ sớm nhất (đĩa có lỗ cho trục) 3300 - 2200 trước Công nguyên. Năm 2500 trước Công nguyên: Chiếc xe ngựa có bánh xe của người Sumer.

Vào khoảng năm 1500 trước Công nguyên người ta làm những chiếc bánh xe bằng gỗ, hoặc từ một khúc gỗ nguyên hoặc được ghép từ các mảnh gỗ. Các nan hoa cũng bằng gỗ, được cố định vào phần trung tâm và gắn vào phần vành bánh xe.

Các "bánh xe chậm" được biết đến ở Trung Đông vào thiên niên kỷ 5 trước Công nguyên (một trong những ví dụ sớm nhất được phát hiện tại Tepe Pardis, Iran và có niên đại từ 5200 đến 4700 trước Công nguyên). Chúng được làm bằng đá hoặc đất sét và được gắn chặt vào mặt đất với một cái chốt ở giữa. Những bánh xe của người thợ gốm đã được sử dụng ở Mesopotamia vào khoảng năm 3500 trước Công nguyên và có thể sớm nhất là vào năm 4.000 trước Công nguyên. Một bánh xe lâu đời nhất, được tìm thấy ở Ur (thuộc Irac hiện nay), có niên đại khoảng năm 3100 trước Công nguyên.

Bằng chứng đầu tiên của các phương tiện có bánh xe xuất hiện vào nửa sau của thiên niên kỷ thứ 4 trước Công nguyên và có đồng thời ở Mesopotamia (nền văn minh Sumerian), vùng Caucasus phía Bắc (văn hóa Maykop) và Trung Âu (văn hóa Cucuteni-Trypillian).

Ở Trung Quốc, bánh xe có mặt từ năm 1200 trước Công nguyên, nhưng cũng có tài liệu cho là vào năm 2000 trước Công nguyên. Tại Anh, một bánh xe bằng gỗ lớn, có đường kính khoảng 1m, đã được phát hiện tại trang trại Must Farm ở East Anglia vào năm 2016. Mẫu vật này có niên đại từ 1100 - 800 năm trước Công nguyên, đại diện cho một bánh xe hoàn thiện sớm nhất.

Đây là bánh xe có thể là một phần của một chiếc xe ngựa kéo. Người ta cho rằng trở ngại chính đối với sự phát triển quy mô lớn của bánh xe ở châu Mỹ là sự vắng mặt của những động vật thuần hóa lớn có thể được sử dụng để kéo những chiếc xe có bánh. Người Nubian từ sau khoảng 400 trước Công nguyên đã sử dụng bánh xe để quay máy người Nubian đã sử dụng những chiếc xe ngựa kéo nhập từ Ai Cập.

Kính hiển vi

Các vật thể tương tự như ống kính phóng đại có từ cách đây 4000 năm. Cũng đã có các tài liệu về vật liệu quang học dùng các quả cầu chứa nước (thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên). Về sau cũng có những kính phóng đại để quan sát các vật nhỏ, như của cha con Zacharias (1590), Hans Lippershey (1608), Galileo Galilei (1610), Cornelis Drebbel (1619), Drebel (1624), nhưng người phát hiện đích thực ra kính hiển vi (Microscope) đầu tiên phải là nhà nghiên cứu Hà Lan Antonie van Leeuwenhoek (1632 - 1723). Ông sinh ngày 24/10/1632 tại Delft, Hà Lan.

Cơ duyên sáng tạo ra chiếc kính lúp bắt nguồn từ thời gian Leeuwenhoek làm ở cửa hàng bán đồ lanh, ông muốn nhìn thấy chất lượng của sợi lanh bằng cách sử dụng kính lúp có sẵn. Leeuwenhoek bắt đầu phát triển quan tâm đến việc chế tạo ống kính, mặc dù có rất ít tài liệu cho biết về hoạt động ban đầu này của ông. Sự quan tâm của Leeuwenhoek về kính hiển vi và sự quen thuộc với quá trình chế biến thủy tinh đã dẫn đến một trong những thành tựu vĩ đại sau này trong lịch sử vi sinh vật học.

Với việc làm ra kính hiển vi ông biết sự có mặt của các vi khuẩn làm chua rượu vang và trở thành "người đánh giá rượu vang chính thức" của Delft. Ông đã kiên nhẫn tự chế tạo ra trên 400 chiếc kính hiển vi thủ công, cái phóng đại lớn nhất chỉ là được 270 lần. Với chiếc kính hiển vi cầm tay có gương hội tụ ánh sáng, có ốc điều chỉnh để cho vật định quan sát rơi đúng tiêu điểm và với cách ghé mắt vào khe nhỏ có gắn chiếc thấu kính thuỷ tinh nhỏ xíu được tự mài lấy, ông đã quan sát thấy những thứ mà mắt thường không thể thấy được. Ông lần lượt quan sát đủ mọi thứ có được quanh mình. Năm 1674 lần đầu tiên Leeuwenhoek quan sát thấy vi khuẩn và động vật nguyên sinh. Khi đó ông gọi là các động vật nhỏ bé “animacules”. Ông thấy chúng có mặt rất nhiều trong bựa răng và ông đánh giá số lượng của chúng trong miệng ông còn đông hơn cả dân số của Vương quốc Hà Lan.

Nhờ sự giới thiệu của ngài Regnier de Graaf ông đã gửi đến Hiệp hội Hoàng gia Anh 200 bức thư, trong đó ông miêu tả tỉ mỉ hình thái và sự di chuyển của các animacules mà ông quan sát được. Nhiều tài liệu của ông đã được công bố trên tạp chí Triết học của Hiệp hội Hoàng gia Anh, năm 1680 ông được bầu làm thành viên của Hiệp hội này. Tất cả các quan sát và miêu tả của ông đã được in thành một bộ sách 4 tập với tiêu đề là “Những bí mật của giới tự nhiên nhìn qua kính hiển vi”.

Mãi tới đầu thế kỷ 19 mới có sự ra đời của những chiếc kính hiển vi hoàn chỉnh hơn của G. Battista Amici (1784-1860), Ernes Abbe (1840-1905), Karl Zeiss (1816- 1888) ... Và đến năm 1934 thì xuất hiện chiếc kính hiển vi điện tử đầu tiên có độ phóng đại đến hàng vạn lần.

Kính thiên văn

Kính thiên văn (Telescope) là một dụng cụ quang học giúp con người quan sát các vật thể ở xa trong vũ trụ bằng cách thu thập các bức xạ điện từ. Từ thế kỷ 17 ở Hà Lan đã có những kính viễn vọng để quan sát cả trên mặt đất lẫn trong bầu trời. Trong vài thập kỷ người ta dùng gương để tập trung ánh sáng và thu thập hình ảnh. Tuy nhiên kính thiên văn chỉ thật sự ra đời từ năm 1609 với thành công của nhà khoa học người Ý Galileo.

Galileo Galilei sinh ngày 15/2/1564, ông không chỉ là nhà thiên văn học mà còn là nhà thơ, nhà vật lý, kỹ sư, nhà triết học và nhà toán học. Galileo đóng một vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học vào thế kỷ thứ 17.

Những đóng góp của ông đối với thiên văn học quan sát bao gồm sự xác nhận bằng kính thiên văn về các giai đoạn của sao Kim, khám phá ra bốn vệ tinh lớn nhất của sao Mộc (người ta đặt tên là vệ tinh Galilea để tôn vinh ông), quan sát và phân tích các vết đen mặt trời. Thành công của ông về thiên văn học gắn liền với việc sử dụng chiếc kính thiên văn có từ thời đó.

Khoa học thiên văn đã có một bước tiến lớn trong thập niên đầu tiên của những năm 1600 với việc phát minh ra kính viễn vọng quang học và sử dụng nó để nghiên cứu bầu trời đêm. Galileo Galilei đã không sáng tạo kính thiên văn nhưng là người đầu tiên sử dụng nó một cách có hệ thống để quan sát các vật thể bầu trời và ghi lại những khám phá của mình.

Cuốn sách của ông, “Sidereus nuncius” hoặc “The Starry Messenger” được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1610 và khiến ông trở nên nổi tiếng. Trong đó, ông đã báo cáo về những quan sát của ông về Mặt Trăng, Mộc tinh và Dải Ngân hà. Những quan sát này và những quan sát tiếp theo đã dẫn đến sự sụp đổ của mô hình Ptolema của địa trung tâm và việc áp dụng mô hình nhật tâm như đề xuất vào năm 1543 bởi Copernicus.

Công cụ cơ bản mà Galileo sử dụng là một kính thiên văn khúc xạ thô. Nó có một vật kính lồi và một thị kính lõm bên trong một ống dài. Vấn đề chính với kính thiên văn của ông là phạm vi nghiên cứu còn rất hẹp, điển hình là chỉ khoảng một nửa chiều rộng của Mặt Trăng. Ông đã sử dụng kính thiên văn này từ năm 1609. Lúc đó kính thiên văn lớn nhất của ông chỉ dài khoảng 120cm và có đường kính vật kính chỉ có 5cm, nó được trang bị một thị kính cung cấp một hình ảnh thẳng đứng. Galileo sử dụng thiết bị khiêm tốn này của mình để khám phá các thung lũng và những ngọn núi của Mặt Trăng, các giai đoạn của Sao Kim và bốn vệ tinh lớn nhất mà trước đây chưa bao giờ được quan sát một cách có hệ thống.

Kính viễn vọng phản xạ được phát triển vào năm 1668 bởi Newton. Ông trở thành người đầu tiên sử dụng kính viễn vọng để xem các Mặt Trăng quay quanh Sao Mộc. Ông cũng sử dụng lý thuyết của ông về trọng lực để cho thấy tại sao các hành tinh quay quanh Mặt Trời. Các quan sát của Mộc tinh vào nhiều đêm liên tiếp cho thấy bốn vật giống sao (star-like) trong một hàng với nó. Các vật chuyển từ đêm sang đêm, đôi khi biến mất phía sau hoặc phía trước hành tinh.

Galileo cũng có nhiều đón góp trong khoa học ứng dụng và công nghệ. Ông đã làm ra một la bàn quân sự cải tiến và một số các công cụ khác.

Nước ta có Đài thiên văn Phù Liễn, đây là đài thiên văn được xây dựng năm 1902 trên núi Đẩu Sơn (nay thuộc quận Kiến An, thành phố Hải Phòng). Đài cao 116 m so với mặt nước biển. Đài được xây dựng sớm nhất Đông Dương theo kiến trúc của Pháp, là nơi khởi nguồn của ngành khí tượng thủy văn Việt Nam, nằm trong top 100 công trình nổi tiếng 100 tuổi ở Việt Nam. Đây là cơ sở nghiên cứu khoa học, dự báo khí tượng, thủy văn cả khu vực Đông Dương và là điểm du lịch hấp dẫn cho tới tận ngày nay.