Giải mã cú nhảy dù đạt vận tốc rơi 1.357,6km/h, vượt qua vận tốc âm thanh của vận động viên Áo

Ngày 14/10/2012, Felix Baumgartner vận động viên nhảy dù người Áo đã thực hiện màn biểu diễn rơi tự do ở độ cao 39km sau khi nhảy khỏi khí cầu với vận tốc rơi lên tới 1.357,6km/h, nhanh hơn tốc độ âm thanh 1.235km/h. Sau 9 phút, Baumgartner tiếp đất an toàn gần Roswell, New Mexico, Mỹ. Sau cú nhảy này, Baumgartner trở thành người đầu tiên phá vỡ vận tốc âm thanh sau 34 giây rơi tự do.

Cú nhảy từ độ cao 39 km của Felix Baumgartner. (Video: YouTube.)

Các nhà nghiên cứu ở Đại học công nghệ Munich, Đức, đã phát hiện chính trang phục là yếu tố giúp vận động viên nhảy dù người Áo phá vỡ bức tường âm thanh. Cụ thể, khi phân tích đặc điểm thủy động lực học từ cú nhảy của Baumgartner, họ phát hiện bộ trang phục ông mặc lúc nhảy có hình dạng kém trơn nhẵn giúp giảm lực cản khí động học, tăng tốc độ rơi. Thông thường, lực cản này tăng lên khi vật thể gần đạt tới hàng rào âm thanh.

Theo tính toán của các nhà khoa học dựa trên thủy động lực học của vật thể trơn nhẵn, để vượt qua rào cản âm thanh, tức đạt tốc độ nhanh 1.200 km/h hay Mach 1, Baumgartner cần nhảy từ độ cao khoảng 37 km. Nhưng trong thực tế, Baumgartner đã đạt tốc độ cao hơn hẳn là Mach 1.25 hay 1.357,6 km/h. Và nguyên nhân là nhờ những bề mặt gồ ghề như nếp gấp trên trang phục bảo vệ và balô ông đeo ảnh hưởng tới thủy động lực học.

Felix Baumgartner chuẩn bị thực hiện cú nhảy lịch sử. (Ảnh: Wordpress.)

Giáo sư Ulrich Walter, trưởng khoa Du hành vũ trụ của của TUM, cố vấn khoa học của đội nhảy dù coi kỷ lục của Baumgartner như một cơ hội độc đáo để nghiên cứu cách rơi của vật thể có hình dạng kém trơn nhẵn.

Từ những dữ liệu thu thập về áp suất khí quyển, nhiệt độ, vận tốc rơi và tư thế của Baumgartner trong không trung ở mỗi mốc thời gian, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên có thể tìm hiểu khí động học của các vật thể hình dáng kém trơn nhẵn ở tốc độ cực cao.

Thực tế, do có nhiều hiện tượng vật lý chồng chéo nên rất khó để tính toán được thủy động lực ở gần tốc độ âm thanh. Cụ thể, ở tốc độ từ Mach 0,7 đến Mach 1,3 (864 - 1.605 km/h), luồng không khí quanh một vật thể đang di chuyển phản ứng một cách kém linh hoạt chứ không còn co giãn. Hình thành sóng xung kích và khối nhiễu loạn hấp thụ năng lực, làm tăng lực cản khí động ở tốc độ gần với vận tốc âm thanh. Trong một số điều kiện, bề mặt kém trơn nhẵn có thể giảm lực cản khí động. Điều này tương tự như việc quả bóng golf được thiết kế với những vệt lõm nhỏ trên mặt bóng để bay nhanh hơn.

Baumgartner tiếp đất an toàn sau cú nhảy ngoạn mục.

Để xác định hệ số cản và khí động học của những vật thể có hình dáng tùy ý, Walter dựa vào dữ liệu đo được từ cơ sở toán học mà ông đã xây dựng trước đó để trực tiếp tính toán lực cản không khí của các vật thể tương ứng.

Kết quả thu được khiến các nhà khoa học không khỏi bất ngờ. Hệ số cản trong suốt quá trình rơi của Baumgartner gần như không thề thay đổi, trong khi đó, hệ số cản của một hình lập phương trơn tăng liên tục từ Mach 0,6 đến Mach 1,1 (740 - 1.358 km/h). Điều này cho thấy, rào cản âm thanh gần như không sản sinh thêm lực cản. Nghiên cứu chỉ ra các loại vệt lõm, nếp nhăn và bề mặt gồ ghề làm giảm đáng kể lực cản khí động ở tốc độ cận âm.

Xem thêm:

• Tại sao người đàn ông này có thể nhảy từ độ cao 7.600 mét xuống đất không cần dù
• Con kiến có thể sống sót nếu rơi từ nóc nhà cao ốc không?
• Sống sót kỳ diệu sau khi rơi tự do từ độ cao hơn 5000 mét