Tòa nhà Empire State là một trong những tòa nhà chọc trời nổi tiếng nhất thế giới, mặc dù là tòa nhà cao thứ 43 và chỉ cao thứ 4 tại Thành phố New York nhưng tòa nhà chọc trời có khung thép cao 102 tầng là một trong những ví dụ điển hình nhất về thiết kế Art Deco hiện đại.
Tòa nhà Empire State sừng sững ở Thành phố New York, bang New York, Mỹ. Ảnh: Donald R. Swartz/Shutterstock.com
Nằm ở Midtown Manhattan, trên Đại lộ số 5 tại Phố 34 của Thành phố New York, Empire State Building được hoàn thành vào năm 1931 và là tòa nhà cao nhất thế giới cho đến năm 1971.
Tòa nhà chọc trời này đón khoảng 4 triệu du khách mỗi năm, nổi tiếng chủ yếu vì ý nghĩa lịch sử và văn hóa của nó, và vì vô số lần xuất hiện trên các phương tiện truyền thông, qua đó củng cố vị trí của nó trong văn hóa đại chúng.
Empire State được xây dựng như một phần của cuộc đua xây dựng công trình kiến trúc trên 100 tầng đầu tiên trên thế giới và được hoàn thành từ trên xuống dưới trong một thời gian đáng kinh ngạc, phá kỷ lục: Một năm và 45 ngày.
Ném 1 cây bút từ tòa nhà Empire State có gây nguy hiểm không?
Khi ngắm nhìn công trình cao 443 mét tính đến đỉnh ăng-ten, suy nghĩ đầu tiên xuất hiện trong các nhà khoa học là: "Nếu ném cây bút rơi từ độ cao hơn 400 mét xuống có thể khiến ai đó bị thương không?".
Tiếp theo là suy nghĩ rằng, để làm được điều đó, cây bút phải rơi với đầu bút hướng xuống dưới, tức là rơi theo phương thẳng đứng. Vậy nên, một câu hỏi thứ hai nảy sinh: Một cây bút rơi từ Tòa nhà Empire State có rơi thẳng xuống không?
Câu trả lời ngắn gọn là: Không. Một chiếc bút rơi từ Tòa nhà Empire State sẽ không rơi theo phương thẳng đứng được.
Lý do là vì cấu trúc của Tòa nhà Empire State. Tòa nhà được thiết kế sao cho không có vật thể nào ném ra khỏi cửa sổ có thể chạm đất. Mái nhà của các tầng thấp hơn nhô ra ngoài sẽ chặn vật thể đó rất lâu trước khi nó chạm đất.
Kết cấu đặc biệt của Tòa nhà Empire State. Mái nhà của các tầng thấp hơn nhô ra ngoài sẽ chặn vật thể đó rất lâu trước khi nó chạm đất. Ảnh: Maxpixel
Như vậy câu hỏi này đã được giải quyết nhanh gọn. Nhưng, thử chuyển sang một giả thuyết rằng, tòa nhà không có thiết kế để chặn vật thể rơi xuống đất nhanh chóng. Thay vào đó, cả tòa nhà là một khối thẳng đứng.
Vậy, nếu ta đánh rơi cây bút ở độ cao hơn 400 mét, chuyện gì sẽ xảy ra?
Tất cả các vật thể rơi xuống bề mặt Trái Đất đều rơi với cùng một tốc độ, bất kể hình dạng hay kích thước của chúng. Tốc độ này là gia tốc trọng trường của vật thể do trọng lực (được biểu diễn bằng g), bằng 9,8 m/s2.
Hình dạng và kích thước của một vật thể hoàn toàn không ảnh hưởng đến cách trọng lực tác động đến nó. Vì vậy, nếu các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như áp suất gió, bị bỏ qua, thì cây bút sẽ rơi thẳng xuống.
Tuy nhiên, chúng ta phải giải quyết các yếu tố bên ngoài, yếu tố bên ngoài chính ở đây là gió. Hình dạng và kích thước của bút không ảnh hưởng đến tác động của lực hấp dẫn của Trái Đất lên nó, nhưng cách gió ảnh hưởng đến bút phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của nó.
Gió sẽ làm thay đổi quỹ đạo của cây bút. Để làm cho giả thuyết này thực tế hơn một chút, ta tạm bỏ qua đỉnh của Tòa nhà Empire State (cao 443 mét) và chọn tầng trên cùng của Tòa nhà Empire State nằm ở độ cao khoảng 380 mét để thả cây bút.
Nhìn chung, áp lực gió tác động lên một tòa nhà chọc trời như Empire State đủ để làm rung chuyển chính tòa nhà, mặc dù điều này xảy ra ở cường độ rất thấp. Vì vậy, quỹ đạo của một chiếc bút rơi xuống từ cùng độ cao xuống đất cũng sẽ bị thay đổi đáng kể bởi những cơn gió này. Do đó, chiếc bút không thể rơi thẳng đứng được.
Đây chính là hiện tượng mà giới khoa học nghiên cứu Động lực học chất lưu (gồm (chất lỏng và các chất khí) gọi là Vortex shedding..
Dòng xoáy thoát ra phía sau một hình trụ tròn. Trong hình ảnh động này, các luồng chảy ở hai bên của hình trụ được hiển thị bằng các màu khác nhau (màu tím và xanh), để cho thấy các dòng xoáy từ hai bên xen kẽ nhau. Từ đó có thể khiến quỹ đạo một vật thay đổi như thế nào khi rơi ở vận tốc nhất định.
Tương tự như bút, có một câu hỏi tương tự là: Một đồng xu rơi từ Empire State có thể khiến chết người không? Câu trả lời cũng là Không.
Tuy nhiên, mặc dù một đồng xu (có thể nặng khoảng 2-3 gram) không thể gây tử vong hoặc thương tích nghiêm trọng, nhưng nhiều hơn một đồng xu kết hợp với nhau, chẳng hạn như một cuộn tiền xu (nhóm lại với nhau) chắc chắn có thể gây ra một số thiệt hại nghiêm trọng, thậm chí tử vong trong một số trường hợp.
Nếu một cuộn 50 xu bị ném ra khỏi tòa nhà, thì vận tốc cuối cùng sẽ lớn hơn nhiều; do đó, tốc độ mà nó đập vào nạn nhân cũng sẽ cao hơn. Trong trường hợp đó, nó có thể gây tử vong cho con người.
Về cơ bản, các tòa nhà cao tầng được thiết kế để giúp ta tận hưởng vẻ đẹp của đường chân trời, chứ không phải để ném bút hay bất cứ vật thể nào xuống bên dưới.
Tham khảo: Science, Britannica