Bơi trong xiro dễ như trong nước

Một câu hỏi đã thử thách nhiều thế hệ những người yêu vật lý: xiro có làm chậm tốc độ bơi của con người? Và vì bạn đã hỏi, nên câu trả lời là không. Các nhà khoa học đã chứng minh điều đó ở một bể bơi đổ đầy xiro.

Edward Cussler thuộc Đại học Minneapolis, bang Minnesota (Mỹ) và sinh viên Brian Gettelfinger đã lấy hơn 300 kg chất keo của cây guar (yếu tố làm đặc dùng trong trộn salad, làm kem và dầu gội đầu) bơm vào một bể bơi lớn, tạo ra một chất lỏng đặc gấp hai lần nước. "Nó giống như một thứ nước nhầy", Cussler nói.

Nhóm nghiên cứu sau đó yêu cầu 16 tay bơi tình nguyện, gồm cả những người chuyên nghiệp và không chuyên, bơi trong một chiếc bể bình thường và bể chứa xiro. Kết quả cho thấy, dù bơi kiểu nào đi nữa, thời gian bơi trong hai bể của những người tham gia chênh lệch chưa đầy 4%.

Câu hỏi trên nghe có vẻ tầm thường, nhưng nguyên tắc của nó rất cơ bản. Isaac Newton và người cùng thời với ông Christiaan Huygens đã tranh luận về vấn đề này trong khi Newton đang viết cuốn Principia Mathematica, trình bày các định luật vật lý. Nhà vật lý thiên tài cho rằng tốc độ của một vật thể trong chất lỏng phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng đó, trong khi Huygens nghĩ rằng không. Cuối cùng, Newton đưa cả hai quan điểm này vào cuốn sách của mình.

Bị hạn chế bởi việc thiếu chất lỏng và người thí nghiệm, công trình của Newton và Huygens vẫn chỉ dừng lại ở mức lý thuyết. Song, màn trình diễn của Cussler đã cho thấy quan điểm của Huygens là đúng, ít nhất đối với những vật thể bơi có kích cỡ con người.

Lý giải về điều này, Cussler cho rằng đó là do khi bơi trong nước càng đặc, bạn phải chịu càng nhiều lực cản (lực ma sát). Đồng thời, với mỗi sải bơi bạn lại tạo ra nhiều lực đẩy về phía trước. Hai hiệu ứng này huỷ lẫn nhau, khiến cho tốc độ bơi trong xiro không khác gì trong nước.

Nhưng mọi việc không phải lúc nào cũng như vậy. Dưới một ngưỡng tốc độ và kích thước nào đó, lực ma sát của chất nhớt sẽ chiếm ưu thế, khiến cho việc bơi trở nên khó khăn. Nếu Cussler thực hiện thí nghiệm của mình với các vi khuẩn thay vì con người, ông sẽ thấy tốc độ bơi của chúng trong xiro chậm hơn nhiều so với trong nước.

Nhưng với con người, tốc độ không chỉ phụ thuộc vào loại chất lỏng trong bể, mà còn phụ thuộc vào hình dáng của bạn. Một khi ảnh hưởng của lực đẩy và lực ma sát đã được triệt tiêu, lực chiếm ưu thế còn lại sẽ là "lực cản cơ thể", phụ thuộc vào diện tích phía trước của cơ thể - hãy tưởng tượng với một tờ báo lớn ở trước mặt, bạn sẽ chạy khó khăn như thế nào.

Vì thế, một tay bơi hoàn hảo, dù trong nước hay trong xiro, cần phải có các cơ bắp khoẻ mạnh và một thân hình hẹp về phía trước. "Tay bơi tốt nhất là người có hình thể của một con rắn và cánh tay của gorilla", Cussler bình luận.

Thuận An (theo Nature)