Đâu là giới hạn tốc độ của con người?

Chỉ mới cách đây một tháng, Dennis Kimetto người Kenya đã lập kỉ lục chạy marathon nhanh nhất, giành quán quân giải Marathon Berlin với thời gian lập kỉ lục là 2 giờ 2 phút 57 giây. Điều này có nghĩa là trong hơn 42 km (26 dặm), Kimetto đã giữ được tốc độ trung bình 2 phút 56 giây trên mỗi km (hay 4 phút 41 giây trên mỗi dặm). Kỉ lục chạy Marathon Berlin của Kimetto là lần thứ năm kỉ lục thế giới bị phá trong thập niên qua.

Một số chuyên gia cho biết chỉ là vấn đề thời gian trước khi các vận động viên lập nên kì tích mà trước đó người ta xem là không thể: hoàn thành đường chạy marathon trong thời gian dưới 2 giờ.

Con người chúng ta luôn không ngừng định nghĩa lại các giới hạn của tốc độ và sức chịu đựng. Một phần nguyên do là vì việc phá kỉ lục là một việc sinh lợi, và ngày càng có thêm nhiều người được đào tạo bài bản để gia nhập đội ngũ chạy nhanh dẫn đầu thế giới. Một số người theo đuổi vì muốn có danh tiếng và giàu có, theo lời Peter Weyand, giáo sư tâm lí học ứng dụng và cơ sinh học tại trường Đại học Southern Methodist ở Dallas, Mĩ.

“Điều đó khích lệ bạn làm mọi thứ để chạy nhanh hơn,” Weyand nói. “Đó là lí do vì sao con người đang chạy nhanh hơn, còn chó và ngựa thì không.”

Nhưng con người có thể chạy nhanh hơn thêm bao nhiêu nữa? Cho dù một người tài năng và quyết đoán như thế nào thì vẫn có một số giới hạn tâm sinh lí mà con người chẳng thể vượt qua, các chuyên gia cho biết.

Các kỉ lục điền kinh

Có sự bất đồng về hệ thống cơ thể đảm đương chuyện con người có thể chạy nhanh bao nhiêu, Aaron Baggish, phó giám đốc Trung tâm Tim mạch tại Bệnh viện đa khoa Massachusetts và đồng giám đốc phụ trách y khoa của cuộc thi Marathon Boston cho biết. Trong chạy đường dài, những hạn chế lớn nhất là sức hoạt động tim mạch và dòng oxygen.

Vận động viên marathon dựa trên một quá trình gọi là hấp thu oxygen tối đa cho biết lượng oxygen được phân bổ đến các cơ. VO2 max của một người là số đo công suất tiêu thụ oxygen của người đó trong bài tập điền kinh. Dòng oxygen càng nhanh thì người tập điền kinh càng thuận lợi.

VO2 max được đo bằng số mili-lít oxygen trên mỗi kilogram cơ thể mà một người có thể lưu thông tuần hoàn trong một phút (ml/kg/min). Đàn ông khỏe mạnh trung bình có VO2 max từ 35 đến 40, còn phụ nữ khỏe trung bình có VO2 max từ 27 đến 31. Nam vận động viên chuyên nghiệp có thể có VO2 max khoảng 85, và nữ vận động viên chuyên nghiệp thì cỡ 77, theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Journal of Applied Physiology.

Chìa khóa để chạy cự li dài là tìm ra một tốc độ gần với VO2 max có thể duy trì trên hành trình vài ba dặm. Nói chung, toàn bộ vấn đề là tốc độ và điều khiển sức tiêu hao năng lượng, theo Weyand.

Các hạn chế cơ học

Chạy nước rút có một tập hợp những giới hạn khác. Với cự li ngắn, yếu tố quyết định là sức dẻo cơ bắp, độ dài bước chạy và nhịp sải chân bao nhanh, theo Jean-Benoit Morin, giáo sư cơ sinh học thể thao tại trường Đại học Nice ở Pháp.

Các vận động viên chạy nước rút nhanh nhất thế giới chỉ có một chân chạm đất trong khoảng 90 milli giây khi họ chạy, Morin cho biết. Thách thức là tăng tối đa lực mà họ tác dụng trong mỗi bước chạy trong một khoảng thời gian ngắn như thế.

Để chạy nhanh, điều quan trọng là có thể lái lực đó về phía trước. Ở đây con người có yếu điểm cố hữu bởi vì họ chỉ có hai chân, Morin nói. Con người giữ khối tâm cơ thể ở ngay phía trên chân của mình. Đây là một trở ngại, vì lực đẩy từ phía mặt đất hướng chủ yếu theo phương thẳng đứng thay vì nằm ngang.

Trái lại, các động vật bốn chân, như chó săn và báo gấm, có thể phân bố khối tâm của chúng trên bốn chi thay vì hai. Chúng còn có tầm chuyển động lớn hơn nhiều ở các chi của chúng và dễ dàng lái lực từ mỗi cú đạp theo phương nằm ngang. Chân con người quá dài, trong khi hông, đầu gối, và mắt cá không có nhiều tầm chuyển động để di chuyển về phía trước một cách hiệu quả như báo gấm.

Các hạn chế do di truyền

Tuy nhiên, thậm chí một số vận động viên quyết tâm nhất cũng sẽ không bao giờ vươn lên hàng dẫn đầu giới chạy chuyên nghiệp bởi vì hệ di truyền giữ một vai trò lớn. Một số người có số lượng lớn sợi cơ co giật-nhanh lí tưởng cho chạy nước rút nhưng là yếu điểm đối với chạy đường dài. Những người khác thì có nhiều sợi cơ co giật-chậm quan trọng trong chạy đường dài nhưng lại vô dụng cho chạy nước rút.

Các sợi cơ co giật-nhanh hoạt động kị khí, nghĩa là chúng sử dụng glucose thay vì oxygen để sản sinh năng lượng. Các sợi cơ co giật-nhanh có thể tạo ra các xung tốc độ, nhưng chúng dễ bị mỏi. Các sợi cơ co giật-chậm thì biến đổi oxygen thành nhiên liệu. Chúng hoạt động chậm hơn nhiều so với các sợi cơ co giật-nhanh và chịu được sự co cơ liên tục trong những khoảng thời gian dài.

Một số người chạy có hệ di truyền may mắn hơn những người khác, Những người chân dài có xu hướng chạy nhanh hơn bởi vì họ có thể đạt tới bước chạy dài hơn và những người có phổi lớn thì có thể tạo ra dòng oxygen hiệu quả hơn. Tỉ số trọng lượng xương với trọng lượng cơ của người chạy cũng ảnh hưởng đến tốc độ và sức dẻo dai.

Trong chạy đường dài, Baggish cho biết, một số người đơn giản là được ưu đãi hơn về phương diện di truyền để làm chủ nhiều dặm xa. Họ có xu hướng có hệ cơ xương và hệ tim mạch khỏe hơn. Nhưng cho dù người có ưu thế di truyền để chạy thì cũng có điểm giới hạn.

“Mọi người ai cũng có điểm giới hạn,” Baggish nói.

Có khả năng khi đạt tới một giới hạn nào đó thì người chạy bắt đầu gây hại cho tim, nhưng đa số vận động viên điền kinh sẽ không có loại phản ứng này, theo Baggish. Gây hại cho tim có thể xảy ra khi người chạy cố quá sức với bài huấn luyện, ví dụ chạy lúc không khỏe hoặc cố chạy thêm vài dặm khi họ đã có vấn đề tim mạch trước đó rồi.

Làm thế nào chúng ta vẫn chạy nhanh hơn lên?

Bất chấp những hạn chế này, “loài người vẫn đang ngày càng nhanh hơn,” Weyand nói. “Vì thế câu hỏi hiển nhiên là, tại sao?”

Một số vận động viên đã chuyển sang sử dụng trái phép các chất kích thích để tăng tốc độ của họ. Người chạy nước rút thì xoay sang steroid để tăng lực mà sải chân nhanh của họ có thể tác dụng lên đất. Một số người chạy marathon lạm dụng “tiêm doping cho máu” để tăng VO2 max của họ. Tiêm doping cho máu làm tăng số lượng tế bào hồng cầu trong mạch máu của vận động viên, từ đó có thể tăng VO2 max của một người lên khoảng 10%, theo Weyand. Điều này có thể thực hiện bằng cách sử dụng thuốc hoặc rút máu của vận động viên, đông lạnh nó trong vài tháng và sau đó tiêm trở lại vào máu trước cuộc đua để bơm thêm các tế bào hồng cầu cho máu.

Công nghệ và trang bị, ví dụ giày chạy tốt hơn, giúp người chạy nước rút cải thiện thành tích của họ, nhưng trong 20 năm qua chưa có bất kì phát triển công nghệ nổi bật nào trong lĩnh vực này, Morin nói. Các nhà nghiên cứu chưa tìm ra giải pháp công nghệ thật sự hiệu quả để chạy bền.

Các kỉ lục đang giảm nhanh hơn bao giờ hết, nhưng chủ yếu chỉ giảm vài ba giây hoặc một phần nhỏ của một giây.

Morin cho biết ông không nghĩ rằng kỉ lục marathon 2 giờ sẽ giảm trong 20 đến 30 năm tới, nếu mọi chuyện cứ diễn ra như cũ. Nhưng khó mà dự đoán khi nào các kỉ lục sẽ giảm, bởi vì hễ có kỉ lục được lập thì sẽ lại có người phá kỉ lục. Tập hợp đúng các yếu tố di truyền, môi trường và năng khiếu ở một vận động viên có thể dẫn tới một kỉ lục mới bất ngờ và kịch tính. Một ví dụ hay là kỉ lục marathon nữ, Weyand nói. Trong khi kỉ lục marathon nam đã giảm năm lần trong thập niên qua, mỗi lần chỉ giảm vài ba giây, kỉ lục marathon của vận động viên người Anh Paula Radcliffe được giữ trong 11 năm.

Các nhà khoa học không thể chỉ rõ thời gian chính xác hay cuộc đua nào là không thể về phương diện vật lí để con người đạt tới. Đó là một câu hỏi mà khoa học chưa trả lời được – và đó chưa hẳn là điều gì xấu, Morin cho biết. Xét cho cùng, câu trả lời có thể cướp mất cảm hứng và động cơ cải thiện thành tích của vận động viên.

“Là một nhà khoa học, đó là một câu hỏi tôi không muốn trả lời cho mình, cho các huấn luyện viên hoặc các vận động viên,” Morin nói.

Nguồn: Kelley Dickerson – LiveScience

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Sinh viên Mĩ giải được bài toán electron 60 năm tuổi
14/12/2017
Trong sáu thập niên qua, các nhà khoa học vẫn hằng tìm kiếm một luồng electron ẩn náu ở gần Trái Đất nhưng chưa hề tìm
10 đột phá vật lí của năm 2017
13/12/2017
Tạp chí Physics World của Anh bình chọn các thành tựu quan trắc đa kênh liên quan đến sóng hấp dẫn là Đột phá của năm
Trump lệnh cho NASA trở lại Mặt Trăng
12/12/2017
Lần cuối các nhà du hành vũ trụ người Mĩ đặt chân lên Mặt Trăng là hồi những năm 1970. Tổng thống Mĩ Donald Trump muốn
Top 10 khám phá thiên văn học (Phần 2)
07/12/2017
6. Sự át trội của vật chất tối Hồi thập niên 1970, Vera Rubin không những đã có một khám phá vũ trụ học đồ sộ, mà trong
Top 10 khám phá thiên văn học (Phần 1)
05/12/2017
Những phát hiện không những làm thay đổi thế giới, mà còn thách thức cách chúng ta nhìn nhận sự tồn tại của mình và vị
Moment từ proton được đo chính xác nhất từ trước đến nay
26/11/2017
Các nhà vật lí ở Đức vừa đo được moment từ của proton đến sai số 0,3 phần tỉ. Giá trị này tốt gấp 11 bậc so với phép
Kiểm tra bản chất lượng tử của lực hấp dẫn
26/11/2017
Bất chấp hàng thập kỉ nỗ lực phấn đấu, một lí thuyết về lực hấp dẫn lượng tử vẫn nằm ngoài tầm với của chúng
Lỗ đen ăn thịt sao và ợ ra tia vũ trụ
26/11/2017
Kịch bản sao lùn trắng bị lỗ đen xé xác có thể giải thích được những cơn mưa tia vũ trụ và neutrino mà chúng ta thấy trên
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com