Các nhà khoa học Đức phát hiện yếu tố giúp vận động viên nhảy dù người Áo đạt tốc độ rơi gần 1.400 km/h là nhờ trang phục.
Các nhà nghiên cứu ở Đại học công nghệ Munich, Đức, kết luận
Vận động viên nhảy dù người Áo Felix Baumgartner phá vỡ bức tường âm thanh trong màn biểu diễn rơi tự do từ độ cao 39 km hôm 14/10/2012 và tiếp đất an toàn gần Roswell, New Mexico, Mỹ, sau 9 phút. Trong cú nhảy này, Baumgartner đạt tốc độ rơi lên đến 1.357,6 km/h, nhanh hơn tốc độ âm thanh (1.235 km/h), trở thành người đầu tiên phá vỡ vận tốc âm thanh sau 34 giây rơi tự do.
Các nhà nghiên cứu ở Đại học công nghệ Munich, Đức (TUM) đã phân tích đặc điểm thủy động lực học từ cú nhảy của ông. Họ phát hiện hình dạng kém trơn nhẵn của bộ trang phục Baumgartner mặc lúc nhảy giúp giảm lực cản khí động học để tăng tốc độ rơi. Thông thường, lực cản này tăng lên khi vật thể gần đạt tới hàng rào âm thanh, theo Science Daily.
Nhờ trang phục bảo vệ và balô tạo hình dạng không đều, Baumgartner đạt tốc độ rơi lên đến 1.357,6 km/h, cao hơn dự đoán của các nhà khoa học ngay cả với vật thể nhẵn rơi tự do.
 |
| Felix Baumgartner chuẩn bị nhảy. |
Giáo sư Ulrich Walter, trưởng khoa Du hành vũ trụ của của TUM, coi kỷ lục nhảy dù của Baumgartner như một cơ hội độc đáo để nghiên cứu cách rơi của vật thể có hình dạng kém trơn nhẵn. "Trước đây, không ai biết những bề mặt gồ ghề như nếp gấp trên trang phục bảo vệ và balô Baumgartner đeo sẽ ảnh hưởng tới thủy động lực học", giáo sư Walter nói.
Theo giáo sư Walter, cố vấn khoa học của đội nhảy dù, bất ngờ đầu tiên xảy đến gần như ngay sau lúc tiếp đất. "Những tính toán của chúng tôi, dựa trên thủy động lực học của vật thể trơn nhẵn, chỉ ra Baumgartner cần nhảy từ độ cao khoảng 37 km để vượt qua rào cản âm thanh, tức đạt tốc độ nhanh 1.200 km/h hay Mach 1. Nhưng trong thực tế, Baumgartner đã đạt tốc độ cao hơn hẳn là Mach 1.25", giáo sư Walter cho biết.
Sử dụng 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, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu khí động học của các vật thể hình dáng kém trơn nhẵn ở tốc độ cực cao.
Tính toán thủy động lực ở gần tốc độ âm thanh không phải công việc dễ dàng do có nhiều hiện tượng vật lý chồng chéo. 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 không còn co giãn mà phản ứng một cách kém linh hoạt. Sóng xung kích hình thành, dẫn đến nhiễu loạn. Khối nhiễu loạn này hấp thụ năng lượng, 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, tương tự một quả bóng golf sẽ bay nhanh hơn nếu có những vệt lõm nhỏ trên mặt bóng.
Trong phân tích, giáo sư Walter lúc đầu xây dựng cơ sở toán học để trực tiếp tính toán lực cản không khí của những vật thể có hình dáng tùy ý từ dữ liệu đo được, từ đó ông xác định hệ số cản và khí động học tương ứng.
"Chúng tôi thực sự bất ngờ trước kết quả. Trong khi 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), hệ số cản gần như không thay đổi trong suốt quá trình rơi của Baumgartner. Điều đó có nghĩa 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", Markus Gürster, một thành viên nhóm nghiên cứu, giải thích.
