KhoGameHub – Diễn đàn Công Nghệ & Gaming, nơi chia sẻ trò chơi PC, Console, Retro online và phần mềm hữu ích

Ý tưởng tóm tắt: Một thí nghiệm nhỏ với bộ Lego và bóng nắng có thể giúp bạn ước tính bán kính Trái Đất bằng nguyên lý tương tự nhà toán học Eratosthenes hơn 2.000 năm trước. Không cần thiết bị đắt tiền: vài viên Lego xếp thành trục thẳng, một tờ giấy để ghi bóng, và dữ liệu khoảng cách giữa hai điểm đo là đủ để chuyển quan sát đơn giản thành một phép đo hành vệ toàn cầu.

Nguyên lý hoạt động và công thức: Khi Mặt Trời chiếu gần thẳng góc tại một điểm trên Trái Đất, một vật thẳng đứng sẽ tạo ra một bóng ngắn. Ở một vị trí khác cùng lúc, chiều dài bóng ấy khác nhau, phản ánh sự khác nhau của góc tới Mặt Trời so với phương thẳng đứng. Nếu bạn biết chiều cao vật (h) và độ dài bóng (s), góc tới Mặt Trời so với phương thẳng đứng là θ = arctan(s / h). Hiệu số góc giữa hai vị trí bằng tỉ lệ giữa khoảng cách trên bề mặt và chu vi Trái Đất: Δθ/360° = d / C, nên C = 360° * d / Δθ. Từ đó bán kính R = C / (2π).

Hướng dẫn thực hiện bằng Lego:

• Chuẩn bị một trụ Lego thẳng cao cố định (khoảng vài chục cm cho dễ đo), một mảnh giấy phẳng để nhận bóng và thước kẹp chính xác.
• Chọn hai địa điểm cách nhau một khoảng d khá lớn theo hướng bắc-nam (càng xa càng tốt để giảm sai số tương đối). Bạn có thể dùng Google Maps để xác định khoảng cách d dọc theo bề mặt Trái Đất.
• Đồng bộ thời gian quan sát: đo bóng vào thời điểm chính giữa trưa địa phương (khi bóng ngắn nhất). Đo chiều dài bóng s ở cả hai điểm cùng lúc, hoặc trong các ngày khi Mặt Trời có cùng phương vị (cần chú ý theo vĩ độ và mùa).
• Tính từng góc θ1, θ2 bằng công thức θ = arctan(s / h). Lấy hiệu Δθ = |θ1 − θ2| (đổi sang độ nếu cần). Sử dụng C = 360° * d / Δθ để tìm chu vi, rồi R = C/(2π).

Lưu ý về sai số và thực tế áp dụng: Thí nghiệm tưởng đơn giản nhưng có nhiều nguồn sai số: sai số đo chiều dài bóng và chiều cao Lego, góc đặt trụ không hoàn toàn thẳng, bất đồng bộ thời gian đo giữa hai điểm, khúc xạ khí quyển làm lệch tia sáng, và việc sử dụng khoảng cách đường chim bay thay vì đường bề mặt chính xác. Để giảm sai số, hãy dùng trụ càng cao càng tốt, đo nhiều lần, chọn hai vị trí nằm gần cùng kinh độ để thời điểm trưa gần nhau, và tính trung bình nhiều bộ dữ liệu. Với thực hành cẩn thận, kết quả có thể cho sai số chỉ vài phần trăm so với giá trị thực.

Ý nghĩa giáo dục và mở rộng: Thử nghiệm dùng Lego là minh họa trực quan về cách các phép đo cục bộ liên kết tới một đại lượng toàn cầu. Đây là công cụ giáo dục mạnh mẽ: học sinh thấy được cách sử dụng lượng đo rất nhỏ (bóng của một viên Lego) để suy ra kích thước của hành tinh. Bạn có thể mở rộng bằng cách đo ở nhiều địa điểm, chạy phân tích thống kê, hoặc kết hợp với mô hình máy tính để hiệu chỉnh khúc xạ và địa hình.

Đọc thêm và nguồn tham khảo: Bài viết gốc giải thích chi tiết phương pháp và ví dụ thực nghiệm có thể xem tại Wired. Để hiểu lịch sử phép đo bán kính Trái Đất, tài liệu về Eratosthenes trên Britannica hữu ích, còn các bài giải thích khoa học phổ cập như trên Scientific American hoặc dữ liệu hành tinh từ NASA giúp so sánh kết quả thực nghiệm.

Tổng kết: Đo bán kính Trái Đất bằng Lego là thí nghiệm đơn giản nhưng đậm chất khoa học: dùng quan sát bóng và toán học cơ bản để tính chu vi và bán kính hành tinh. Công việc như vậy vừa là trải nghiệm giáo dục vừa là minh chứng cho sức mạnh của phương pháp khoa học — từ vật liệu chơi đến khái niệm vũ trụ.