Một con kiến có thể sống sót nếu rơi từ nóc nhà cao ốc không?

Câu chuyện về vật rơi tự do

Rơi tự do. Ảnh minh họa.

Chúng ta đều biết rằng, sở dĩ chúng ta và mọi thứ trên mặt đất có thể đứng vững nhờ lực hấp dẫn mà Trái Đất tác động lên, chính nhờ nó mà khi bạn đá một quả bóng lên trời, sớm hay muộn nó cũng rơi xuống đất.

Lực hấp dẫn chính là một trong 4 lực cơ bản đã được biết đến, mặc dù nó tồn tại khách quan trong vũ trụ nhưng thật ngạc nhiên rằng phải tới thế kỷ 17, Newton mới phát hiện ra nó nhờ câu chuyện quả táo nổi tiếng.

Galileo Galilei được mệnh danh là cha đẻ của khoa học hiện đại.

Khi chúng ta thả một vật rơi từ trên cao xuống (rơi tự do khi không chịu một lực tác động nào khác ngoài trọng lực), nó ngay lập tức sẽ rơi theo phương thẳng đứng xuống phía dưới do lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên.

Ở đây, chúng ta xét tới 2 trường hợp:

1. Rơi trong môi trường chân không (môi trường không vật chất)

Nghĩa là không có lực ma sát của môi trường cản trợ sự rơi tự do, khi đó bất cứ một vật gì rơi từ trên cao xuống cũng sẽ có vận tốc tăng dần đều với gia tốc ~ 9,8m/s2 do sức hút của Trái Đất. Và do đó chúng sẽ rơi với cùng thời gian.

Dù bạn thả một quả cầu 1 tấn cũng với một chiếc lông vịt thì chúng cũng sẽ chạm đất cùng 1 lúc! Nghĩa là việc rơi tự do sẽ không phụ thuộc khối lượng của vật.

Xem video:

Thực tế, sự rơi trên Trái Đất lại không như vậy, bởi một lý do đơn giản: chúng ta có "không khí"! Thứ giúp chúng ta có thể tồn tại.

2. Rơi trong môi trường có lực cản đáng kể (như nước, không khí,... )

Trái Đất tồn tại một lớp khí quyển dày đặc, chính nó giúp bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ mặt trời cũng như giữ lại lượng nhiệt bức xạ vào không gian mà bề mặt đất phản xạ.

Ngoài ra không khí còn cung cấp dưỡng khí cần thiết cho con người và động thực vật. Thế nhưng nó cũng là nguyên nhân khiến cho việc rơi tự do trên Trái Đất thay đổi so với chân không.

Galileo Galilei (1564 - 1642), là một nhà thiên văn học, vật lý học, toán học và triết học người Ý, người đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học. Ảnh Internet.

Sự chuyển động và lực cản của không khí có thể giúp cho vận tốc rơi của vật tăng dần theo một gia tốc thấp hơn 9.8m/s2 và thậm chí là không tăng ( khi có gió giúp cho vật bay lên thì lúc này vận tốc rơi thậm chí còn âm chứ không tăng lên).

Như vậy sự rơi trong môi trường có lực cản còn phụ thuộc: Hình dạng của vật hay điều kiện không khí, gió. Và do đó câu chuyện chiếc lông vịt và quả tạ sẽ không còn chạm đất 1 lúc nữa. Nghĩa là những vật có khối lượng khác nhau khi thả ở cùng một độ cao sẽ không còn chạm đất cùng lúc.

Đây chính là nội dung mà cuối thế kỷ thứ XVI người ta vẫn còn chấp nhận vì một lý do đơn giản chính Aristotle ( 384 – 322 TCN) bảo thế mà Aristotle nói gì mà chẳng đúng ( ít nhất theo quan niệm thời đó), hơn nữa thực tế cho thấy quả cầu chắc chắn sẽ rơi xuống trước lông vịt.

Mặc dù trông bề ngoài thì có vẻ phát biểu của Aristotle là đúng đắn nhưng bản chất vấn đề đã được Galileo Galilei (1564 - 1642), là một nhà thiên văn học, vật lý học, toán học và triết học người Ý, người đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học phản biện.

Stephen Hawking đã nói, "Galileo, có lẽ hơn bất kỳ một người riêng biệt nào, chịu trách nhiệm về sự khai sinh khoa học hiện đại".

Trong những đóng góp to lớn của mình cho khoa học hiện đại, ông chính là người chứng minh rằng phát biểu của Aristotle trên là sai!

Nguyên tắc quán tính của Galileo nói: "Một vật thể chuyển động trên một bề mặt phẳng sẽ tiếp tục duy trì hướng và tốc độ trừ khi bị tác động." Nguyên tắc này đã được tích hợp vào trong Các định luật về chuyển động của Newton (định luật thứ nhất).

Ông cũng kết luận rằng các vật thể duy trì chuyển động của chúng trừ khi một lực - thường là ma sát - tác động vào chúng. (Wikipedia).

Nếu như Newton nổi tiếng vơi câu chuyện quả táo thì Galileo cũng có một câu chuyện thú vị trên tháp nghiêng Pisa nổi tiếng khi tiến hành thực nghiệm nhằm chứng minh Aristotle đã sai.

Galileo Galilei chứng minh bằng cách làm thí nghiệm đo đạc chính xác thời gian thả hai quả cầu có khối lượng khác nhau từ đỉnh tháp Pisa xuống.

Kết quả, hai quả cầu tuy có trọng lượng khác nhau nhưng lại rơi chạm đất cùng lúc!

Như vậy khối lượng không đóng vai trò gì trong sự rơi như Aristotle đã nói. Và sau này công thức vật lý của sự rơi tự do cũng không có yếu tố khối lượng.

Thế nhưng nếu thay các quả cầu bằng một... con voi và một con kiến thì Aristotle chắc chắn sẽ thắng Galilei! và vấn đề nằm ở không khí.

Chính lực cản và hướng di chuyển của không khí (gió) cũng như hình dạng của vật đã làm cho sự rơi tự do trên Trái Đất không còn đúng như môi tường chân không.

Khi đó, sự rơi tự do sẽ không còn là nhanh dần đều với gia tốc 9.8 m/s2. Chính điều này làm các vật thể rơi với thời gian khác nhau. Quay trở lại câu hỏi ban đầu:

Một con kiến có thể sống sót nếu rơi từ nóc nhà cao ốc hay không?

Liệu chú kiến có thể sống?

Với kiến và các loài vật nhỏ, sức cản của không khí giúp chúng rất nhiều và làm cho vận tốc rơi của chúng rất chậm, đôi khi gia tốc của chúng còn âm (do gió thổi ngược lên).

Do vậy, kiến gần như chẳng bị tổn thương gì khi rơi xuống từ nóc của các tòa nhà cao ốc.

Tham khảo: Internet và Wikipedia.