Vì Sao Taipei 101 Treo Một Con Lắc Khổng Lồ?

Giữa một toà nhà 101 tầng ở Đài Bắc có một quả cầu thép sơn vàng, to hơn một phòng học, treo lơ lửng bằng những sợi cáp. Khách đứng ở tầng quan sát nhìn thấy nó. Quả cầu không chở hàng, không phải thùng nước. Nó chỉ chờ đến lúc nhà bắt đầu lắc.

Vì sao Taipei 101 treo một con lắc khổng lồ giữa toà nhà?

Hình chỉ để thấy quả cầu nằm trong nhà, không phải bản vẽ kết cấu.

Mũi tên xanh là chiều gió đẩy nhà.

Quả cầu treo, chưa gắn chết vào sàn.

Đoán thử trước khi đọc

Quả cầu ấy giúp nhà đỡ lắc vì gió bằng cách nào?

• A. Nó là quả cân treo yên, kéo nhà về giữa như đối trọng cố định.
• B. Nó đu lệch so với nhà. Piston dầu gắn với nó biến bớt cơ năng của cú lắc thành nhiệt.
• C. Nhà nặng thêm 660 tấn nên gió không đẩy nổi.

Chọn một đáp án trong đầu rồi đọc tiếp.

Quả cầu cố tình không đi cùng nhà

Đáp án đúng là B.

Gió đều và mạnh đẩy một toà nhà cao. Nhà cao thì mềm hơn em tưởng: đỉnh có thể nhích sang một bên rồi nhích về, như một con lắc rất chậm. Nếu nhịp gió trùng nhịp riêng của nhà, cú lắc lớn dần. Lớp 11 gọi đó là cộng hưởng. Người đứng tầng cao thấy chóng, dù nhà không đổ.

Nhiều người nghĩ quả cầu hoạt động như con lật đật: cứ kéo nhà về giữa nhờ trọng lượng. Nhưng nếu hàn chết quả cầu vào sàn, nó chỉ làm toà nhà nặng thêm chứ không giúp dập tắt cú lắc. Điểm cốt lõi là quả cầu phải chuyển động lệch nhịp với nhà.

Quả cầu không được bắt chết vào sàn. Nó treo bằng cáp, nên khi nhà bị đẩy sang phải, quả cầu vì quán tính chưa kịp đi theo. Trong khoảnh khắc ấy quả cầu còn lệch về phía trái so với phần nhà vừa chạy đi. Cáp và các piston nối quả cầu với nhà truyền một lực kéo ngược chiều cú lắc.

Phía dưới quả cầu có tám piston dầu lớn. Dầu bị ép thì cản chuyển động và nóng lên. Cơ năng của cú lắc một phần thành nhiệt trong dầu, không chạy hết trở lại kết cấu nhà. Trang của toà nhà và hãng chế tạo bộ giảm chấn đều nói chuyển động của nhà vì gió có thể giảm khoảng 40%. Đó là mức "có thể tới", không phải mọi cơn gió đều đúng một con số.

Khối nhà nghiêng sang phải là lúc gió đang đẩy.

Quả cầu vàng chưa kịp sang theo, nên còn lệch trái.

Hai nét đỏ là piston dầu. Dầu nuốt bớt cơ năng.

Đường nét đứt màu đỏ: không có con lắc, toà nhà lắc mạnh và dao động kéo dài rất lâu mới tắt.

Đường nét liền màu xanh: có con lắc giảm chấn, biên độ lắc giảm khoảng 40% và dập tắt nhanh chóng.

Bộ này gọi là con lắc giảm chấn, chỉnh đúng tần số của nhà. "Chỉnh đúng" nghĩa là chiều dài treo và độ cản của dầu được chọn để quả cầu đáp lại đúng nhịp nhà hay bị gió lay, không phải một nhịp ngẫu nhiên.

Thử ước lượng bằng số

Trang Taipei 101 ghi quả cầu nặng 660 tấn, đường kính khoảng 5,5 m, treo bằng 92 sợi cáp, mỗi sợi dài 42 m. Biên độ đu lớn nhất theo thiết kế là 1,5 m.

Trọng lượng quả cầu: P = m·g = 6,60×10⁵ × 9,8 ≈ 6,5×10⁶ N. Nặng bằng khoảng 440 ô tô 1 500 kg.

Nếu chỉ là một con lắc đơn dây dài 42 m, chu kì T = 2π√(L/g) = 2×3,14×√(42/9,8) ≈ 13 s. Con lắc trong nhà không đơn giản như vậy. Tám piston dầu kéo lại quả cầu, nên nhịp thực được chỉnh cho khớp nhà, không tính xong bằng mỗi công thức con lắc đơn. Bài này không gán con số 13 s cho chu kì của toà nhà.

Cơn bão Soudelor tháng 8 năm 2015, quả cầu đu xa nhất khoảng 1 m, vẫn dưới giới hạn 1,5 m.

Tự thử ở nhà

1. Lấy hai chai nhựa giống nhau, mỗi chai đổ một ít nước cho nặng, đậy nắp.
2. Buộc hai sợi dây dài bằng nhau, khoảng 40 cm. Treo hai chai lên một cây thước. Đặt thước ngang tầm bàn, hai đầu thước kê lên ghế, chai không đung đưa trúng mặt.
3. Giữ một chai đứng yên. Kéo chai kia sang ngang khoảng một gang tay, rồi buông cả hai cùng lúc.
4. Nhìn một lúc, đừng đẩy thêm.

Em sẽ thấy chai vừa kéo đu chậm dần, chai kia bắt đầu đu. Sau đó năng lượng chạy ngược lại.

Vì sao? Hai con lắc cùng chiều dài thì cùng nhịp, nên chúng trao đổi năng lượng. Ở Taipei 101 có thêm dầu trong piston: phần năng lượng sang "quả cầu" bị biến thành nhiệt, không chạy hết trở lại toà nhà. Thí nghiệm của em chưa có dầu hãm, nên năng lượng còn chạy đi chạy lại. Đó đúng là chỗ khác nhau cần nhớ.

Hiểu lầm hay gặp

• ❌ Quả cầu treo yên để kéo nhà về giữa. → ✅ Nó phải đu lệch nhịp với nhà. Treo chết thì không làm việc này.
• ❌ Nhà đỡ lắc chỉ vì nặng thêm 660 tấn. → ✅ Quả cầu nhẹ hơn nhiều so với cả nhà. Việc chính là tiêu bớt cơ năng cú lắc.
• ❌ Con lắc này chống động đất thay cho kết cấu nhà. → ✅ Kết cấu thép mới là thứ chịu động đất. Con lắc giảm cú lắc người ta cảm thấy, nhất là khi gió mạnh.

Em đã học ở đâu?

• Lớp 11 · Bài 1. Dao động điều hoà
• Lớp 11 · Bài 6. Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

Chu kì con lắc đơn T = 2π√(L/g) nằm trong chương Dao động, lớp 11. Bài 6 là chỗ em thấy vì sao một nhịp đẩy trùng nhịp riêng lại làm biên độ tăng, và vì sao tắt dần thì biên độ giảm.

Nghĩ tiếp

Cầu bộ hành đôi khi cấm khách đi đều bước. Một hàng người bước cùng nhịp có thể trùng nhịp riêng của cầu.

Gợi ý: việc ấy giống gió lay Taipei 101 ở điểm nào, và một con lắc giảm chấn sẽ phải đu thế nào nếu gắn dưới mặt cầu?

Nguồn

• TAIPEI 101 — Wind Damping Ball (xem 10/10/2026). Quả cầu 660 tấn, đường kính khoảng 5,5 m, 92 cáp mỗi sợi dài 42 m, tám piston dầu, biên độ thiết kế 150 cm.
• Guinness World Records — Largest tuned mass damper (xem 10/10/2026). Cùng khối lượng 660 tấn, đặt giữa tầng 87 và 92. Bão Soudelor tháng 8/2015, quả cầu đu xa nhất khoảng 1 m.
• A+H Custom — Taipei 101 (xem 10/10/2026) và Taipei Times, 30/4/2004, lời kỹ sư kết cấu Shieh Shaw: cú lắc vì gió giảm khoảng 40%. Bài báo năm 2004 ghi 680 tấn, khác số 660 tấn trên trang toà nhà; bài này theo số của Taipei 101.
• SGK Vật lí 11, chương Dao động: dao động điều hoà, con lắc đơn, dao động tắt dần và cộng hưởng.