Góc giậm nhảy xa chỉ khoảng 20 độ: vì sao không phải 45 độ

Người nhảy xa đẳng cấp thế giới rời ván ở góc chỉ khoảng 18–25 độ so với mặt đất, không phải 45 độ như bài toán ném xiên trong sách giáo khoa. Lý do nằm ở cơ thể người: trong khoảng một phần tám giây chân chạm ván, không ai vừa giữ được tốc độ ngang hơn 9 m/s vừa tạo ra lực bật thẳng đứng đủ lớn cho góc 45 độ. Muốn bay cao hơn thì phải hy sinh tốc độ, và tốc độ mới là thứ đắt giá nhất trong nhảy xa.

Bài toán 45 độ đúng ở đâu, sai ở đâu

Trong vật lý phổ thông, một vật được ném từ mặt đất, không có sức cản không khí, với cùng một vận tốc ban đầu, sẽ bay xa nhất khi góc ném bằng 45 độ. Kết luận ấy dựa trên một giả thiết then chốt: tốc độ ra đi không đổi dù ta chọn góc nào. Quả bóng trong bài tập không biết góc bao nhiêu thì "dễ" hay "khó" ném.

Cơ thể người nhảy xa thì biết. Đổi góc giậm không giống xoay nòng súng: muốn góc lớn hơn, người nhảy phải phanh mạnh hơn trên ván, hạ thấp trọng tâm nhiều hơn ở bước cuối, và đổi một phần đà ngang thành đà đứng. Mỗi độ góc tăng lên làm tổng tốc độ rời ván giảm xuống. Khi tốc độ giảm theo góc, góc tối ưu tụt xuống thấp hơn hẳn 45 độ. Phần giải thích chung về parabol đã có ở các bài toán ném xiên; ở đây ta đi thẳng vào số đo của môn nhảy xa.

Những con số đo được ở ván giậm

Các nghiên cứu cơ sinh học quay phim tốc độ cao ở giải lớn, từ công trình của James Hay ở Mỹ những năm 1980 đến các nhóm đo của Liên đoàn Điền kinh Thế giới sau này, cho một bức tranh khá thống nhất ở VĐV nam đỉnh cao (số làm tròn, mỗi người một khác):

Thử làm phép tính nhỏ: với tốc độ ngang 9 m/s, muốn rời ván ở 45 độ thì tốc độ thẳng đứng cũng phải 9 m/s. Trong khi đó, người nhảy cao giỏi nhất thế giới — dồn hết sức cho chiều đứng, với thời gian giậm dài hơn — cũng chỉ đạt khoảng 4,5–5 m/s theo phương thẳng đứng. Con số 9 m/s đứng là điều không cơ bắp nào làm nổi.

Vì sao tốc độ giảm khi góc tăng

Thời gian giậm quá ngắn

Lực bật cần thời gian để tích tụ. Ở nhảy cao, chân giậm ở lại trên mặt đất khoảng 0,15–0,2 giây, đủ để cơ đùi và cơ mông đẩy lên. Ở nhảy xa, người chạy tới ván với tốc độ gần bằng VĐV chạy nước rút, chân chỉ kịp chạm khoảng 0,12 giây. Trong khoảng đó, cơ và gân chủ yếu hoạt động như một cái lò xo cứng: hấp thụ va chạm rồi bật lại. Muốn thêm lực đứng, người nhảy phải đặt chân xa phía trước thân hơn, nghĩa là phanh mạnh hơn — và mất tốc độ ngang nhiều hơn.

Chân giậm có giới hạn chịu lực

Lực tác động lên chân giậm trong nhảy xa thuộc loại lớn nhất trong thể thao, có thể lên tới nhiều lần trọng lượng cơ thể ở thời điểm đỉnh. Chân phải giữ cho đầu gối không gập sụp xuống dưới tải trọng ấy. Đặt chân "cắm" quá mạnh để lấy góc cao vượt quá sức chịu của khớp và cơ, khiến chân sụp, và lực đứng thực ra còn giảm.

Trọng tâm khi rời ván cao hơn khi chạm cát

Khi rời ván, người nhảy đứng gần như thẳng, tay vung lên, trọng tâm ở khá cao. Khi chạm cát, hai chân duỗi ra trước, mông thấp, trọng tâm thấp hơn khoảng nửa mét hoặc hơn. Giống quả tạ được ra tay từ trên vai, vật xuất phát cao hơn điểm đáp thì góc tối ưu theo lý thuyết cũng thấp hơn 45 độ. Hai lý do — tốc độ giảm theo góc và chênh độ cao — cùng kéo góc tối ưu xuống.

Góc tối ưu của từng người

Nicholas Linthorne và cộng sự (công bố năm 2005 trên tạp chí Journal of Sports Sciences) đã làm một thí nghiệm gọn mà rõ: cho từng VĐV nhảy với nhiều góc giậm khác nhau, đo tốc độ rời ván ở mỗi góc, rồi tìm góc cho thành tích tốt nhất của chính người đó. Kết quả: tốc độ rời ván giảm khá đều khi góc tăng, và góc tối ưu của mỗi người nằm quanh khoảng 20 độ hơn một chút — sát với góc mà họ vẫn tự nhiên nhảy.

Điều này có ý nghĩa thực tế: cơ thể người nhảy đã qua tập luyện tự "tìm" ra một điểm cân bằng khá tốt. Huấn luyện viên hiếm khi bảo học trò "nâng góc lên ba độ". Họ chỉnh những thứ gây ra góc: vị trí đặt chân, độ hạ trọng tâm ở bước áp chót, tư thế thân trên lúc rời ván.

Thành tích được chia làm ba phần

James Hay đề xuất cách tách cú nhảy xa thành ba quãng, đến nay vẫn được dùng trong phân tích:

1. Quãng giậm: từ mép ván đến vị trí trọng tâm lúc chân rời ván. Trọng tâm khi ấy đã ở trước mũi chân một đoạn. Giậm sát ván giúp không "mất" khoảng cách ở đây.
2. Quãng bay: trọng tâm đi theo một đường gần như parabol, quyết định bởi tốc độ, góc và độ cao rời ván. Đây là phần lớn nhất, thường được ước khoảng 90% thành tích.
3. Quãng tiếp đất: từ vị trí trọng tâm lúc gót chạm cát đến dấu cát gần ván nhất. Đưa chân ra xa phía trước và không ngã ngửa về sau giữ trọn phần này.

Một khi đã rời ván, không động tác nào trên không — "đi bộ trên không", ưỡn thân hay ngồi — làm thay đổi đường bay của trọng tâm. Các kiểu bay chỉ giúp giữ thăng bằng, chống xoay chúi về trước và chuẩn bị tư thế tiếp đất tốt. Đường bay được quyết định toàn bộ trên ván giậm.

Nhảy xa khác nhảy ba bước và bật xa tại chỗ thế nào

So với những nội dung gần nó, góc giậm của nhảy xa nằm ở khoảng giữa:

• Nhảy ba bước: góc ở pha lò cò và bước bộ còn thấp hơn, thường dưới 20 độ, vì người nhảy phải giữ tốc độ cho hai pha sau. Bay cao ở pha đầu đồng nghĩa với chạm đất nặng và mất đà ở pha hai.
• Bật xa tại chỗ: không có đà ngang, toàn bộ tốc độ do chân tạo ra từ tư thế đứng yên, thời gian đẩy dài. Ở đây tốc độ không còn tụt mạnh theo góc nữa, nên góc bật tốt thường cao hơn hẳn nhảy xa có đà, tiến gần hơn về phía 45 độ dù vẫn thấp hơn.
• Nhảy cao: người nhảy cần độ cao, không cần khoảng cách; góc rời đất rất dốc, trọng tâm bay lên gần như thẳng đứng.

Cùng một cơ thể, cùng định luật vật lý, nhưng mục tiêu và thời gian tiếp xúc khác nhau cho ra những góc rất khác nhau.

Điều người tập và giáo viên mang về được

• Đừng dạy học sinh "nhảy lên cao thật cao". Câu nhắc này thường khiến các em chạy chậm lại ở ba bước cuối, phanh trên ván và nhảy vồng lên rồi rơi gần. Câu nhắc tốt hơn là "chạy thẳng tới, mắt nhìn ra xa, giậm qua ván".
• Tốc độ có kiểm soát quan trọng hơn tốc độ tối đa. Một tốc độ chạy đà mà người nhảy vẫn đặt chân chính xác và giậm được sẽ cho kết quả tốt hơn tốc độ cao nhất nhưng giậm hụt hoặc chân sụp.
• Quan sát góc bằng video: quay từ phía bên, vuông góc với đường chạy, ngang ván giậm, với chế độ quay chậm của điện thoại. Xem khung hình chân rời ván: thân người nghiêng hẳn ra sau là dấu hiệu phanh quá mạnh; thân đổ về trước là thiếu lực đứng.
• Không ép số liệu lên trẻ em. Các con số ở bảng trên là của người lớn đỉnh cao. Với học sinh, mục tiêu là cảm nhận nhịp chạy và cú giậm, không phải đạt góc bao nhiêu độ.

Muốn đọc kỹ hơn, có thể tìm cuốn The Biomechanics of Sports Techniques của James Hay và các bài của Nicholas Linthorne về góc giậm nhảy xa — phần lớn viết khá dễ hiểu với người đã học vật lý phổ thông.