1001 thắc mắc: Con người có thể đi trên mặt nước được không?

Để có thể đi được, con người một chân bước về phía trước, đầu gối trước hơi khụy, đồng thời nhấc chân sau, trọng tâm người đổ về phía trước, chân trước làm trụ, chân sau đạp về phía sau tạo lực đẩy người về phía trước.

Chân sau đạp nhẹ (tác dụng lực F) vào mặt đất và theo định luật III Newton mặt đất sẽ tác dụng trở lại chân một lực N cùng độ lớn ngược hướng với lực tác dụng khiến người tiến về phía trước.

Chân trước làm trụ trọng lực của người tác dụng lên mặt đất có chiều hướng xuống cân bằng với phản lực N’ của mặt đất có chiều hướng lên làm cho người đứng trên mặt đất mà không bị lún xuống đất.

Như vậy trong quá trình chuyển động bước đi của người trên mặt phẳng cần điều kiện sau: mặt phẳng đỡ chân người phải đủ cứng để có thể tạo ra phản lực đủ lớn để nâng người và đẩy người về phía trước.

Như vậy bùn nhão, nước là những mặt đỡ quá “mềm” nên phản lực tạo ra không đủ lớn để giúp nâng đỡ người và đẩy người tiến về phía trước và đây là lý do chính mà người không thể đi trên mặt nước.

Kết luận: Con người không thể đi trên mặt nước; đứng im trên nước lại càng không; Con người có thể chạy trên mặt nước nếu vận tốc phải cực lớn.

"Chất lỏng hóa rắn" giúp con người đi được trên mặt nước

"Chất lỏng hóa rắn" oobleck thực chất là hỗn hợp dung dịch giữa nước và bột ngô. Đây là chất lỏng có độ nhớt không tuân theo định luật Newton. Trái lại, hầu hết chất lỏng mà chúng ta biết, chẳng hạn như nước, rượu, xăng... là chất lỏng Newton vì tuân theo định luật ma sát trong của Newton.

Theo Newton, “độ nhớt” là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng chảy. Trong chất lỏng Newton, độ nhớt là một hằng số đối với lực tác động, chỉ thay đổi nếu có thay đổi nhiệt độ. Ví dụ, nước đông đá khi lạnh và tan chảy khi nóng, nhưng nếu lắc chai đựng nước (dùng lực) thì độ nhớt của nước không đổi hay dòng nước vẫn tiếp tục chảy bình thường bất kể lực tác động lên nó.

Trong khi đó, độ nhớt của các chất lỏng phi Newton như oobleck, kem đánh răng, cao su, silicon, ... không phải là hằng số và có thể thay đổi theo nhiều cách khác nhau, dưới tác động của một hay nhiều yếu tố như lực, thời gian hay nhiệt độ. Khi độ nhớt thay đổi, loại chất lỏng này phản ứng hoàn toàn khác chất lỏng thông thường, có thể từ lỏng hóa rắn, từ rắn hóa lỏng hoặc dầy và xốp lên.

Đối với oobleck, hỗn hợp này bình thường ở trạng thái như thạch, nhưng khi chịu lực ép mạnh sẽ quánh lại như chất rắn. Và khi không còn lực tác động, oobleck sẽ hóa lỏng. Đây là lí do giúp con người có thể chạy, nhảy thật nhanh trên bề mặt nước oobleck mà không bị chìm, nhưng nếu dừng chậm lại (ngưng tác động lực), họ sẽ chìm xuống.

Các chuyên gia cho biết, không phải loại hạt nào cũng có thể tạo được hỗn hợp phi Newton. Chúng ta chỉ có thể tạo ra thứ "chất lỏng hóa rắn" này nhờ trộn đều chúng với các hạt có kích thước tối thiểu 1 micron hay 0,0001cm.

Để tạo ra hỗn hợp oobleck giúp người có thể "chạy trên mặt nước", chúng ta trộn đều 1 phần nước với 1,5 - 2 phần bột ngô.

Mặt nạ giúp con người thở dưới nước

Hai nhà nghiên cứu Christine McKenzie và Jonas Sundberg từ Đại học Nam Đan Mạch đã chế tạo thành công một loại vật liệu mới có khả năng hấp thụ oxy ra khỏi nước và không khí xung quanh. Vật liệu có khả năng tái sử dụng nhiều lần, điều này tương tự như một miếng bọt biển ngâm trong nước, có thể ép nước ra và cho nó hút nước trở lại.

 

Lượng oxy lưu trữ bên trong vật liệu được giải phóng bằng cách nhẹ nhàng làm nóng vật liệu hoặc chịu tác động của một áp suất thấp như trong chân không. Vật liệu rất có giá trị đối với những người mắc bệnh phổi, những người thường xuyên phải mang theo bên mình bình dưỡng khí nặng nề. Một ngày nào đó thợ lặn có thể bỏ lại bình dưỡng khí ở nhà và thay vào đó sử dụng vật liệu ấy để hấp thụ oxy trong không khí hoặc từ nước.

Côn trùng thở dưới nước bằng cách nào?

Có đến hàng trăm loài côn trùng sống chủ yếu dưới nước nơi có nhiều thức ăn hơn trên bờ. Các nhà toán học MIT đã phát hiện ra cách mà những con bọ có thể thở được dưới nước. Nhờ có lớp “áo” rắn chắc không thấm nước nên khi lặn ngụp những con bọ này đã giữ lại một lớp không khí mỏng trên cơ thể chúng. Các bong bóng khí không chỉ có công dụng như nguồn dữ trữ ôxi hạn chế, đồng thời chúng cũng cho phép côn trùng hấp thụ ôxi từ môi trường nước xung quanh. Nhờ có các bong bóng khí đó, côn trùng có thể ở dưới mặt nước vô hạn định và có thể lặn sâu tới khoảng 30m.