Có bao giờ bạn tự hỏi khả năng chạy bộ của con người sẽ thay đổi ra sao ở trên một hành tinh khác không phải là trái đất? Bản thân là một người làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu kỹ thuật không gian gần 30 năm, tôi nghĩ mình có chút ít kiến thức để trả lời câu hỏi này.
Hiện tại trong dãi ngân hà mà nhân loại biết được cho đến ngày hôm nay chỉ có hai hành tinh có khả năng định cư được đó là mặt trăng và sao hỏa, và cả hai hành tinh này con người đều phải trang bị những bộ đồ không gian để tồn tại vì điều kiện không khí và áp suất quá khắc nghiệt. Trong tương lai gần thì có thể con người sẽ xây dựng được ở ngoài đó những nhà kiếng khổng lồ với điều kiện không khí sống được – điều này không khó khi khoa học kỹ thuật phát triển với những cỗ máy phản ứng hóa học được chế tạo để gạn lọc không khí của hỏa tinh hay mặt trăng thành 78% khí nitrơ và 21% khí oxy. Lúc đó con người sẽ sống và sinh hoạt bình thường như đang ở địa cầu. Chúng ta đã xem qua những bộ phim của Hollywood dựa theo ý tưởng này. Tương lai xa hơn là sẽ có những phản ứng nổ nguyên tử để thay đổi hoàn toàn điều kiện không khí ở ngoài đó, biến đổi môi trường trên các hành tinh không có sự sống thành hành tinh xanh, để con người hít thở không khí mà không phải mặc những bộ đồ cồng kềnh cung cấp dưỡng khí và chống áp suất.
Nếu sống được ở ngoài đó và muốn chạy bộ thì điều gì sẽ xảy ra?
Như chúng ta đã biết, khi chạy bộ là lúc chúng ta chống chọi lại với trọng lực hay sức hút của trái đất, ở trên hỏa tinh hay mặt trăng thì trọng lực sẽ giảm đáng kể, cụ thể là trọng lực trên hỏa tinh chỉ có 38% và trên mặt trăng chỉ có 16% so với trái đất, mà khi trọng lực giảm, chúng ta ít bị hút xuống mặt đường hơn thì sẽ có rất nhiều thay đổi khi chạy bộ, như thời gian ở trên không sẽ lâu hơn, thời gian chạm đất sẽ ngắn hơn, sải chân sẽ dài hơn, guồng xoay chân (cadence) sẽ bị giảm, dao động thẳng đứng sẽ gia tăng, và quan trọng hơn cả là dáng chạy sẽ bị thay đổi hoàn toàn. Nếu không chịu thay đổi mà cứ giữ dáng chạy như ở trái đất thì chắc chắn sẽ chuốc lấy chấn thương.
Theo logic bình thường thì ai cũng nghĩ là chạy bộ ngoài không gian sẽ nhanh hơn bởi vì thời gian chạm đất ngắn và ở trên không lâu, nói rõ hơn là ít bị ma sát tất nhiên sẽ bay nhiều hơn là chạy. Tuy nhiên nếu suy nghĩ kỹ hơn một chút chúng ta sẽ thấy nó không đơn giản như vậy.
Sở dĩ chúng ta di chuyển được là nhờ có lực đẩy để phóng đi, còn được gọi là lực chiều thẳng đứng. Một khi trọng lực giảm đi thì lực này sẽ bị giảm đi, do đó tốc độ sẽ bị giảm đi. Ở dưới trái đất muốn chạy nhanh hơn thì các vận động viên đổ người về phía trước để trọng lực kéo đi, nhưng ở ngoài đó trọng lực bị giảm đáng kể cho nên việc đổ người như ở dưới trái đất sẽ ít có tác dụng. Nói tóm lại việc giảm trọng lực giúp chúng ta ở trên không lâu hơn dưới đất, nhưng vì thiếu lực đẩy nên lơ lửng trên không trung nhiều hơn là lao về phía trước.
Buzz Aldrin, Apollo 11 (ảnh NASA)
Dáng chạy sẽ phải được điều chỉnh lại để thích ứng với điều kiện ngoài không gian, thứ nhất là việc đáp gót hay đáp ngón phải cần được xét lại, chấn thương có thể xảy ra từ đây cho nên việc chạy bộ bằng chân không có thể không còn khả thi, thậm chí các hãng giày nên chế tạo những đôi thật nhiều lớp đệm để hỗ trợ.
Vận động viên có thể phải đổ người nhiều hơn để bù trừ lại việc bị mất trọng lực, mà một khi đổ người nhiều quá thì bắt buộc phải đáp bằng phần mũi bàn chân, do đó đùi trước và xương ống đồng sẽ phải gánh chịu nhiều lực hơn.
Thật ra thì cử động chạy bộ không hoàn toàn phụ thuộc vào lực thẳng đứng, một lực khác đóng góp vào sự di chuyển là lực ngang. Nếu phân tích theo vật lý và định luật thứ hai của Newton thì công thức của lực này là F=ma, trong đó m là mass (khối lượng của cơ thể con người) và a là acceleration (gia tốc). Khối lượng của cơ thể thì không thay đổi ở bất cứ môi trường nào, cho nên muốn gia tăng lực này thì chỉ còn cách tăng gia tốc, đồng nghĩa với việc cần vận dụng cơ bắp nhiều hơn để tăng tốc.
Tuy nhiên trong một cuộc khảo cứu của các nhà khoa học ở NASA được xuất bản trên tạp chí “Journal of Experimental Biology” năm 2014 với tựa đề “The Preferred Walk to Run Transition Speed in Actual Lunar Gravity“, kết quả cho thấy là con người có thể chạy nhanh hơn ở ngoài mặt trăng. Trước tiên, NASA dùng một công thức để tiên đoán tốc độ ở hai môi trường trái đất và mặt trăng, công thức này dựa theo một con số không đơn vị có tên gọi là Froude number bao gồm vận tốc, trọng lực và chiều dài sải chân. Theo phép tính tương đồng trong kỹ thuật thì con số này sẽ không thay đổi ở bất cứ môi trường nào. Sải chân con người thì không thay đổi từ trái đất lên mặt trăng, do đó chỉ cần biết sự khác biệt của trọng lực là suy ra vận tốc.
Thí nghiệm chạy bộ ở môi trường giảm trọng lực (ảnh NASA)
Theo công thức Froude thì vận tốc trên mặt trăng sẽ bằng gần một nửa vận tốc trên trái đất. Tuy nhiên, một thí nghiệm do NASA thực hiện lại cho kết quả khác hẳn! Để kiểm chứng, 8 vận động viên trong đó có 5 nam và 3 nữ được tuyển chọn để chạy trên máy treadmill đặt trong khoang của phi cơ DC-3. Phi cơ này sẽ bay theo hình parabola để kích thích điều kiện trọng lực mặt trăng. Kết quả cho thấy là các vận động viên chạy nhanh hơn ở điều kiện mất trọng lực. Kết quả này mâu thuẫn với giả thuyết của công thức số Froude. Điều gì đã xảy ra?
Thí nghiệm chạy bộ ở môi trường giảm trọng lực (ảnh NASA)
Theo nhận xét của tôi (BV) thì công thức Froude không thích hợp trong việc tiên đoán vận tốc ở môi trường giảm trọng lực, trừ khi chúng ta điều chỉnh nó lại để tính thêm các yếu tố khác như chuyển động của cách đánh tay và guồng chân. Một nhà khoa học khác ở trung tâm NASA Johnson là John De Witt cũng cùng quan điểm này, ông nghĩ là có một nguồn năng lực được tạo ra từ chuyển động tay và chân giúp con người chạy nhanh hơn. Ở trái đất lực này không đáng kể bởi vì sức hút trái đất lớn quá, áp đảo lực này. Ở điều kiện giảm trọng lực thì nguồn năng lực này sẽ đóng góp đáng kể. Nguồn năng lực này đã không được tính vào trong công thức Froude.
Hãy tạm quên công thức Froude và trở lại với công thức căn bản và không bao giờ sai đó là định luật số hai của Isaac Newton (F=ma). Ở môi trường trái đất, mặt trăng, hay sao hỏa thì khối lượng m không thay đổi nhưng lực ma sat giảm đi cho nên gia tốc sẽ bị giảm đi, cỡ 16%. Vì thế chúng ta có thể kết luận rằng ở những cự ly chạy nước rút 100m hay 200m thì vận động viên sẽ chạy rất chậm so với ở dưới trái đất, nhưng một khi đã tăng tốc đủ rồi thì lợi ích ở điều kiện giảm trọng lực sẽ được thấy rõ do những bước stride thật dài. Bước sải chân dài và thời gian chạm đất ngắn là một lợi điểm đáng kể, được bay trên không trung một vài giây là lúc vận động viên có cơ hội phục hồi do đó có thể chạy dài chạy dai mà không biết mệt.
Mà nếu chạy bộ mệt quá thì bạn có quyền tự thưởng mình như tấm ảnh bên dưới đây.
Phi hành gia thư giãn với chai bia (ảnh giả tưởng từ Internet)
- Về tác giả
- Bài mới nhất
Nhà khoa học không gian. Vận động viên chạy bộ ưu tú trong nhóm tuối 55-59. Pacer cự ly 100 miles được NASA gửi đến.
Thành tích chạy bộ (tính từ năm 2016): 5km 00:22:10, 10km 00:48:01 ,10 miles 1:19:33, Half Marathon 1:38:05 Marathon 3:25:18, 50K 6:12:49
