Đã bao giờ bạn chứng kiến cảnh tượng chiếc máy giặt trong nhà bỗng nhiên biến thành một cỗ máy nhảy múa điên cuồng, phát ra những tiếng đập thình thịch đinh tai nhức óc rồi tự dịch chuyển? Điều trớ trêu là hiện tượng này hầu như không xảy ra khi bạn nhồi nhét cả chục bộ quần áo, mà lại bùng phát dữ dội vào thời điểm bạn chỉ giặt đúng một tấm thảm chân hay một chiếc khăn tắm duy nhất.
Trực giác thông thường khiến chúng ta nghĩ rằng tải trọng càng nặng thì rung lắc càng lớn. Nhưng dưới góc độ cơ học chính xác, sự thật lại hoàn toàn khác biệt. Bản chất của vấn đề không nằm ở việc bạn giặt bao nhiêu kilôgam, mà nằm ở việc khối lượng đó đang nằm ở đâu bên trong lồng quay.
Theo tổ chức khoa học OpenStax, khi một vật thể chuyển động tròn, nó luôn có xu hướng văng ra xa theo đường thẳng do quán tính. Để giữ vật thể di chuyển theo quỹ đạo tròn, thành lồng giặt phải liên tục tác động một lực kéo hướng vào tâm, gọi là lực hướng tâm.
Đồng thời, vật thể cũng tác động ngược trở lại thành lồng giặt một lực kéo có độ lớn tương đương. Khi máy giặt đầy tải, hàng chục món đồ phân bố đều quanh thành lồng. Chiếc áo bên trái kéo sang trái, chiếc quần bên phải kéo sang phải. Các lực kéo này triệt tiêu lẫn nhau, giúp trục quay giữ được sự cân bằng hoàn hảo và vận hành êm ái.
Thế nhưng, thảm họa cơ học sẽ xuất hiện khi chỉ có một vật nặng đơn độc. Một bằng sáng chế của hãng Whirlpool về điều khiển máy giặt cửa trước từng nhấn mạnh rằng lực kéo lệch tâm xuất hiện chính xác nhất khi khối lượng đồ giặt quá nhỏ. Một chiếc khăn tắm ướt sũng không thể tự trải đều quanh lồng. Nó cuộn lại thành một khối đặc quánh dính chặt vào một điểm duy nhất dưới đáy lồng.
Khi chu trình vắt bắt đầu tăng tốc, các nghiên cứu từ Đại học Chalmers chỉ ra rằng ở ngưỡng 60 đến 80 vòng/phút, lực ép ly tâm đã đủ lớn để giữ chặt đồ giặt dính cứng vào thành lồng giặt. Kể từ thời điểm đó, chiếc khăn ướt trở thành một phần cố định của lồng quay và liên tục quăng quật trục máy về một hướng duy nhất mà không có bất kỳ lực đối trọng nào triệt tiêu.
Mức độ tàn phá của khối lệch tâm này nguy hiểm đến mức nào?
Các tài liệu nghiên cứu về dao động cơ học của Đại học Bang Cleveland đã đưa ra công thức tính lực mất cân bằng quay: F = mrω². Trong đó, lực kéo tỷ lệ thuận với khối lượng, bán kính và bình phương tốc độ quay. Hãy thử làm một phép tính thực tế với một máy giặt cửa trước đạt tốc độ vắt 1.400 vòng/phút. Một chiếc khăn tắm ngậm nước nặng vỏn vẹn 0,7 kg nằm cách trục quay 0,22 mét sẽ tạo ra một lực giật lệch tâm lên tới xấp xỉ 3.310 newton.
Nói một cách dễ hình dung, con số này tương đương với một tải trọng nặng khoảng 337 kgf, hay sức nặng của bốn người trưởng thành to lớn cùng kéo giật lồng giặt. Đáng sợ hơn, lực kéo khổng lồ đó không đứng yên mà quét vòng quanh trục quay hơn 23 lần trong mỗi một giây. Trong khi đó, ở tốc độ giặt đảo thông thường 60 vòng/phút, chiếc khăn đó chỉ tạo ra lực kéo khiêm tốn khoảng 6 newton, tương đương sức nặng của một quả táo nhỏ.
Chưa dừng lại ở đó, máy giặt còn phải đối mặt với một cạm bẫy vật lý chết người mang tên cộng hưởng. Trang vật lý của Đại học Bang Georgia giải thích rằng bất kỳ hệ thống treo cơ học nào cũng sở hữu một tần số dao động tự nhiên. Khi lồng giặt tăng tốc từ mức thấp lên cao, sẽ có một khoảnh khắc tần số quay của chiếc khăn lệch tâm trùng khớp hoàn toàn với tần số dao động tự nhiên của hệ thống treo.
Đại học Bang Cleveland cảnh báo biên độ dao động tại điểm này có thể vọt lên các giá trị nguy hiểm, giải thích vì sao tiếng va đập thường bùng nổ dữ dội nhất ở giai đoạn máy đang lấy đà vắt, rồi lại dịu bớt khi đạt vận tốc cực đại ở dải siêu tới hạn.
Để ngăn các thiết bị gia dụng tự phá hủy chính mình, các nhà sản xuất đã phải đưa ra hàng loạt giải pháp cơ khí công phu. Bằng sáng chế của Electrolux ghi nhận việc sử dụng các khối bê tông nặng hàng chục kilôgam gắn vào lồng chứa đóng vai trò làm đối trọng dập tắt dao động.
Cùng với đó, Đại học Chalmers mô tả các hệ thống treo phức tạp kết hợp giữa lò xo kéo phía trên và các thanh giảm chấn ma sát chống rung phía dưới. Các thương hiệu như Maytag hay các nghiên cứu cơ học trên tạp chí Symmetry còn ứng dụng vòng cân bằng chứa chất lỏng hoặc các viên bi thép tự do lăn về phía đối diện để tự động triệt tiêu lực kéo lệch tâm.
Thậm chí, máy giặt hiện đại của LG còn tích hợp cảm biến điện tử thông minh, tự động ngắt chu trình và báo lỗi UE từ chối vắt nếu phát hiện đồ giặt bị vón cục một góc.
Tuy nhiên, mọi công nghệ cơ khí tinh vi đều có giới hạn và không thể thay thế cho thói quen sử dụng đúng đắn của người dùng. Một chiếc chân đế máy giặt kê lệch chỉ vài milimét trên mặt sàn trơn trượt cũng có thể vô hiệu hóa toàn bộ hệ thống giảm chấn tiền triệu.
Lời khuyên vàng được các chuyên gia vật lý và kỹ sư hàng đầu đúc kết vô cùng đơn giản: tuyệt đối không bao giờ giặt vắt một món đồ ngậm nước đơn lẻ. Hãy luôn bỏ thêm hai hoặc ba chiếc khăn khác để tạo ra sự cân bằng tải trọng đối xứng, biến các định luật cơ học tự nhiên thành lá chắn bảo vệ an toàn và kéo dài tuổi thọ cho cỗ máy giặt của gia đình bạn.
Đức Khương
