Hãy để vật lý giải thích vì sao người đàn ông này có thể nhảy từ độ cao 7.600 mét xuống đất không cần dù

Luke Aikins – người Mỹ, 42 tuổi đang lập ra một kỉ lục thế giới mới bằng việc rơi tự do từ độ cao khoảng 7,6 km mà không có bất cứ thiết bị hỗ trợ nào đáng kể, đặc biệt là dù. Đây thực sự là điều cực kì điên rồ - không phải vì nó không thể, mà vì chúng ta có thể dễ dàng mất mạng như chơi nếu phạm sai lầm dù rất nhỏ. Aikins đã bước ra khỏi máy bay và rơi xuống một chiếc lưới khổng lồ có kích thước 30 x 30 mét đã giăng sẵn trước đó. Dưới đây là video ngắn quay lại cảnh Luke Aikins nhảy từ độ cao 7.600 mét:

Cú nhảy điên rồ không cần dù của Luke Aikins.

Từ sự kiện này rõ ràng có rất nhiều kiến thức vật lý hay ho ở đây. Cùng tìm hiểu nhé.

Liệu vấn đề gì xảy ra khi nhảy từ độ cao đó không?

Không. Cho dù chúng ta có nhảy từ 7.600 mét hay 4.600 mét thì cũng không thành vấn đề gì cả. Trong cả hai trường hợp, tốc độ rơi của chúng ta sẽ vào khoảng 150 dặm/giờ (240km/h). Tại sao vậy? Hãy đọc giải thích dưới đây:

Mặc dù không thể phủ nhận rằng quả bóng rơi từ độ cao 4 mét sẽ có tốc độ gấp 2 lần so với quả bóng rơi từ độ cao 1 mét, nhưng điều này chỉ đúng khi chúng ta bỏ qua lực cản không khí.

Vậy lực cản không khí là gì? Có thể hiểu đơn giản lực cản không khí là lực chống lại chuyển động của một vật thể. Chúng ta có thể cảm nhận rõ điều này khi đưa tay ra ngoài cửa sổ của một chiếc xe di chuyển (không khuyến cáo thực hiện hành động này). Lực này phụ thuộc vào:

- Tốc độ chuyển động của vật thể trong không khí.

- Kích thước vật thể.

- Hình dạng vật thể.

- Mật độ của không khí.

Vì lực cản không khí phụ thuộc vào tốc độ, vật thể khi ở trạng thái nghỉ ban đầu sẽ có không lực cản không khí. Trọng lực sẽ kéo vật xuống và tốc độ rơi sẽ ngày càng tăng. Khi gia tốc cùng hướng với vận tốc, vật thể đang rơi với tốc độ cao. Tuy vậy khi vật rơi sẽ đồng thời xuất hiện lực cản không khí. Lực này cũng có vận tốc tăng dần lên cho đến một lúc nào đó, lực cản của không khí sẽ có độ lớn bằng với lực hấp dẫn và vật thể sẽ rơi với vận tốc không đổi.

Vận tốc này được gọi là vận tốc cuối.

Mô tả lực cản không khí và trọng lực khi một người nhảy dù.

Vận tốc cuối còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của đối tượng cũng như khối lượng của nó. Đối với người nhảy dù, vận tốc cuối thường từ 120 đến 150 mph (193 km/h đến 240km/h). Dưới đây là một thử nghiệm đơn giản: Thả 1 giấy lọc cà phê cùng với 2 giấy lọc cà phê ghép với nhau.

Vì giấy lọc cà phê có hình dạng và kích thước giống nhau, sự khác biệt đáng kể duy nhất ở đây là khối lượng. 2 giấy lọc ghép với nhau sẽ chịu trọng lực có độ lớn gấp hai lần khi rơi do đó đạt được vận tốc lớn hơn.

Vậy một người nhảy dù nhảy từ độ cao 7.600 mét sẽ rơi cùng vận tốc như khi nhảy từ độ cao 4.600 mét. Tuy nhiên, liệu có sự khác biệt nào khác không? Có lẽ chúng ta nên nhảy ở độ cao ban đầu cao hơn để có thời gian tìm ra cách tiếp đất đúng cách, với lại chúng ta có thể tạo ra nhiều tư thế nhảy “cool” hơn.

Thế nhưng bên cạnh đó, có một sự khác biệt lớn giữa 7.600 mét và 4.600 mét, đó là mật độ không khí. Tại độ cao 7.600 mét, không khí rất loãng do đó bộ não sẽ không hoạt động chính xác, do đó các nhà leo núi và nhà nhảy dù thường phải đeo mặt nạ dưỡng khí khi ở rất cao so với mực nước biển.

Vậy chiếc lưới có vai trò gì ở đây?

Việc dừng lại một người hay một vật thể đều phụ thuộc vào gia tốc. Gia tốc phụ thuộc vào sự thay đổi vận tốc và thời gian để thực hiện thay đổi này. Cho dù như thế nào đi chăng nữa thì vận tốc của người nhảy dù sẽ luôn giảm từ 150 mph xuống 0 mph - câu hỏi ở đây là sẽ mất bao lâu. Nếu gia tốc của con người quá cao, điều tồi tệ có thể xảy ra, bao gồm chấn thương và thậm chí tử vong. NASA có một biểu đồ biểu thị khả năng chịu đựng của cọn người với gia tốc. Từ đây chúng ta có thể thấy con người có thể tồn tại khi gia tốc lên đến 30 G trong thời gian rất ngắn.

Đồ thị biểu thị khả năng chịu đựng của con người với gia tốc.

Người nhảy dù bình thường sẽ có một gia tốc khi dù được mở ra. Điều này có thể mất một vài giây để làm người nhảy rơi chậm hơn và làm gia tốc ở mức chấp nhận được. Nếu dùng lưới thay vì dù, chúng ta cần phải suy nghĩ về thời gian. Làm thế nào để chúng ta có thể dừng lại trong một khoảng thời gian đủ dài? Câu trả lời duy nhất là sử dụng lưới có diện tích và co giãn với khoảng cách lớn, điều này sẽ làm cho thời gian dừng lại lâu hơn cùng với gia tốc hợp lý. Nếu muốn dừng lại với một gia tốc là 10 G, chúng ta sẽ cần lưới có độ co giãn ít nhất là 2,3 mét (7,5 feet). Nhìn vào video có thể thấy Luke đã sử dụng lưới có độ co giãn lớn hơn 7 feet một chút.

Tại sao Luke tiếp đất khi ở trạng thái ngửa?

Khi gần kết thúc cú nhảy, Luke thay đổi từ úp mặt sang trạng thái ngửa. Luke làm như vậy có thể do: đầu tiên, con người có khả năng chịu đựng cao hơn với gia tốc theo hướng mà mũi chỉ, nếu ở trong tư thế nằm ngửa; thứ hai, tiếp đất bằng lưng sẽ tốt hơn so với việc tiếp đất bằng tay và chân. Lưới sẽ làm cong bộ phận cơ thể về phía thân khi lưới co giãn. Nếu chúng ta rơi úp mặt, tay và chân của chúng ta sẽ có thể bị chấn thương nặng do bị tiếp đất sai hướng.

Tất nhiên có một nhược điểm khi rơi lật ngửa – chúng ta không thể nhìn thấy nơi sẽ rơi xuống. Nhưng có lẽ tốt nhất là không nên biết chuyện gì sẽ xảy ra khi chuẩn bị kết thúc cú nhảy.

Cú chạm lưới thế kỷ của Luke.

Thực sự thì Luke Aikins đã làm nên một điều kì diệu, nằm ngoài tưởng tượng của con người. Cũng theo nguồn tin thì Luke Aikins và cha của mình đều là những người có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực nhảy dù. Hiện anh đang là cố vấn an toàn và đào tạo cho Hiệp hội Nhảy dù Mỹ đồng thời anh cũng tham gia huấn luyện cho quân đội.

Tham khảo: wired.com