Vì sao tổ ong lại có hình lục giác?

Nếu quan sát kỹ tổ ong, bạn sẽ thấy trong đó có rất nhiều điều đáng kinh ngạc. Cấu trúc tổ ong quả là một kỳ tích của tự nhiên. Tổ ong gồm nhiều vách ngăn có kích thước gần như bằng nhau. Nhìn chính diện, các ô đều là hình sáu cạnh, sắp xếp đều đặn. Nhìn nghiêng, chúng là những lăng trụ lục giác ghép khít vào nhau. Phần đáy của các lăng trụ ấy còn khiến người ta ngạc nhiên hơn: đáy không phẳng, không tròn, cũng không nhọn đơn giản, mà do ba hình thoi hoàn toàn giống nhau ghép lại thành một đáy nhọn.

Hình lục giác kỳ diệu của tổ ong từ lâu đã thu hút sự chú ý của nhiều người. Tại sao các vách ngăn trong tổ ong lại tạo thành hình lục giác mà không phải hình tam giác, hình vuông hay hình ngũ giác?

Về mặt cơ học, khi các vật thể dạng lăng trụ chịu áp lực từ bốn phía trái, phải, trước, sau, tiết diện của chúng có thể biến thành hình lục giác đều. Vì vậy, theo quan điểm lực học, hình lục giác là hình có tính ổn định rất cao. Nhưng khi ong xây tổ, có phải chúng chịu loại sức ép như vậy không? Dĩ nhiên là không.

Hình lục giác của tổ ong ngay từ đầu đã liền mạch như thế.

Vào thế kỷ XVIII, học giả người Pháp Maraldi đã đo đạc cẩn thận các góc trong tổ ong và phát hiện một quy luật thú vị: các hình thoi ở mặt đáy của tổ ong có góc tù 109 độ 28 phút và góc nhọn 70 độ 32 phút. Hiện tượng này khiến nhà vật lý Réaumur đặt câu hỏi: phải chăng đó là cách xây tổ giúp tiết kiệm nguyên liệu nhất mà vẫn có dung tích lớn nhất? Ông đã trao đổi với nhà toán học Thụy Sĩ Koenig. Sau khi tính toán cẩn thận, Koenig khẳng định phán đoán của Réaumur. Tuy nhiên, theo tính toán chính xác của Koenig, các góc của hình thoi phải là 109 độ 26 phút và 70 độ 34 phút, lệch hai phút so với số liệu đo trong tổ ong thời đó.

Năm 1743, nhà toán học Anh Maclaurin tiếp tục nghiên cứu cấu trúc tổ ong. Ông dùng một phương pháp mới để tính toán và kết luận rằng các góc trong tổ ong hoàn toàn phù hợp với kết quả tính toán. Nguyên nhân của sai lệch nói trên là do Koenig đã dùng một bảng số bị in sai.

Qua nhiều thế kỷ nghiên cứu, cuối cùng người ta nhận ra rằng cấu trúc tổ ong là một cấu trúc rất hiệu quả trong việc tiết kiệm vật liệu và không gian. Ngoài ra, kiểu cấu trúc này còn có nhiều tính năng kỳ diệu khác. Ngày nay, cấu trúc tổ ong được ứng dụng nhiều trong kiến trúc, hàng không và vô tuyến điện thoại. Những kết cấu “tầng tổ ong” có lợi cho cách nhiệt, cách âm trong kiến trúc, cũng như trong thiết kế các ống thoát khí của động cơ hàng không.