Thi đấu ở vùng cao giúp các môn nhảy và các môn ném nặng một chút, vì không khí loãng cản ít hơn và trọng lực giảm rất nhẹ. Ở độ cao như Thành phố Mexico (khoảng 2.240 m), mật độ không khí thấp hơn mực nước biển chừng một phần năm. Nhưng lợi ích không đều: nhảy xa, nhảy ba bước và chạy đà được hưởng; tạ và búa hưởng chút ít; còn ném đĩa và ném lao — những môn sống nhờ lực nâng — có thể chẳng được gì, thậm chí thiệt.
Không khí loãng: những con số cơ bản
Càng lên cao, áp suất và mật độ không khí càng giảm. Ở mực nước biển, không khí có mật độ khoảng 1,2 kg/m³ trong điều kiện tiêu chuẩn. Lên 1.000 m giảm khoảng một phần mười; lên trên 2.000 m giảm khoảng một phần năm. Lực cản và lực nâng khí động đều tỉ lệ thuận với mật độ không khí — mật độ giảm 20% thì cùng tốc độ, cùng hình dạng, cả hai lực giảm khoảng 20%.
Trọng lực cũng thay đổi, nhưng rất ít. Lên cao hơn 2 km, gia tốc trọng trường chỉ giảm chưa tới một phần nghìn. Vĩ độ ảnh hưởng nhiều hơn độ cao: gần xích đạo, trọng lực nhỏ hơn ở vùng gần cực khoảng nửa phần trăm, do Trái Đất quay và hơi dẹt. Với các môn nhảy và ném, hiệu ứng trọng lực chỉ đáng vài phân.
| Yếu tố | Thay đổi ở khoảng 2.000+ m | Môn được ảnh hưởng nhiều nhất |
|---|---|---|
| Mật độ không khí | Giảm khoảng 20% | Đĩa, lao (mất lực nâng); chạy đà, nhảy xa (bớt cản) |
| Trọng lực do độ cao | Giảm dưới 0,1% | Rất nhỏ ở mọi môn |
| Trọng lực do vĩ độ | Phụ thuộc vị trí, tới khoảng 0,5% giữa xích đạo và cực | Rất nhỏ, đáng vài phân với tạ, búa |
| Oxy | Ít hơn mỗi nhịp thở | Các nội dung sức bền, không phải nhảy ném |
Nhảy xa và nhảy ba bước: được nhiều nhất
Người nhảy xa chạy đà với tốc độ trên 10 m/s. Ở tốc độ đó, lực cản không khí đã đáng kể — giống như chạy ngược một cơn gió nhẹ. Không khí loãng giúp hai việc:
- Chạy đà nhanh hơn với cùng sức lực, vì bớt phải đẩy không khí.
- Bay xa hơn chút ít, vì lực cản trong khoảng 0,8 giây bay nhỏ đi.
Phần lợi chủ yếu đến từ tốc độ chạy đà. Như bài về tốc độ chạy đà đã nói, mỗi phần nhỏ tốc độ đổi được nhiều phân thành tích. Các ước tính của nhà nghiên cứu về lợi ích của độ cao với nhảy xa dao động khá rộng, từ vài phân tới hơn chục phân cho một cú nhảy 8 m, tuỳ cách mô hình hoá — nên tốt nhất hiểu là "có lợi rõ ràng nhưng không thần kỳ".
Đó là lý do cú nhảy 8,90 m tại Mexico 1968 thường được bàn kèm hai yếu tố độ cao và gió — câu chuyện ấy đã có bài riêng ở wiki khác trong hệ. Kỷ lục hiện hành 8,95 m của Mike Powell lập ở Tokyo năm 1991, gần mực nước biển, cho thấy độ cao không phải điều kiện bắt buộc.
Nhảy cao và nhảy sào: lợi nhỏ
Nhảy cao chạy đà chậm hơn nhảy xa, khoảng 7–8 m/s, nên lực cản ít quan trọng hơn. Lợi ích của độ cao với nhảy cao là nhỏ. Nhảy sào chạy đà nhanh gần bằng nhảy xa và thành tích phụ thuộc mạnh vào tốc độ, nên được hưởng nhiều hơn chút. Kỷ lục ngoài trời 6,14 m của Sergey Bubka lập năm 1994 tại Sestriere (Ý), một khu nghỉ dưỡng trên núi ở độ cao khoảng 2.000 m. Người ta vẫn bàn chuyện độ cao góp phần bao nhiêu; câu trả lời trung thực là có góp phần, nhưng phần quyết định vẫn là chính Bubka.
Đẩy tạ và ném búa: lợi rất ít
Quả tạ và quả búa nặng, nhỏ, nên lực cản ngay ở mực nước biển đã nhỏ. Với tạ, lực cản gần như không đáng kể; không khí loãng gần như không đổi gì. Với búa, bay nhanh hơn và xa hơn, lực cản đáng kể hơn một chút, nên không khí loãng có thể thêm vài chục phân cho một cú ném 80 m. Trọng lực giảm nhẹ ở vùng cao gần xích đạo thêm vài phân nữa. Tất cả gộp lại vẫn nhỏ hơn nhiều so với chênh lệch giữa một ngày phong độ tốt và xấu.
Ném đĩa và ném lao: có thể thiệt
Đây là chỗ không khí loãng "phản" lại. Đĩa và lao bay xa một phần nhờ lực nâng — như bài về quả đĩa đã giải thích. Không khí loãng làm mất cả lực cản lẫn lực nâng theo cùng tỉ lệ:
- Bớt lực cản: có lợi.
- Bớt lực nâng: có hại, vì đĩa và lao rơi sớm hơn.
Với đĩa, lực nâng đóng góp nhiều nên mất nó thường là thiệt hơn lợi. Với lao kiểu mới, ít lướt hơn lao cũ, hai hiệu ứng gần bù trừ. Không có con số chung đáng tin, nên chỉ nói định tính: người ném đĩa không có lý do đặc biệt để tìm lên vùng cao; họ tìm sân có gió hợp hướng thì đúng hơn.
Thành tích vùng cao được ghi nhận thế nào
Luật điền kinh không loại thành tích lập ở vùng cao. Kỷ lục lập ở độ cao vẫn được công nhận nếu đủ các điều kiện khác (gió hợp lệ với nhảy xa và nhảy ba bước, thiết bị đo đạt chuẩn, kiểm tra doping). Trong các bảng thống kê, người làm số liệu thường đánh dấu chữ "A" bên cạnh thành tích lập ở địa điểm trên khoảng 1.000 m, để người đọc biết bối cảnh.
Một số sân vùng cao từng nổi tiếng với thành tích nhảy tốt: Thành phố Mexico, các sân ở vùng cao Nam Mỹ, châu Phi và miền núi châu Âu. Người làm thống kê cẩn thận luôn xem cả gió lẫn độ cao khi so sánh hai thành tích.
Một bài tập vật lý cho lớp học
Độ cao thi đấu là đề tài hay để học sinh thấy các yếu tố vật lý tách riêng ra sao:
- Tra độ cao của vài sân vận động nổi tiếng và độ cao nơi mình sống.
- Thảo luận: môn nào nhờ lực cản nhỏ, môn nào sống nhờ lực nâng? Đâu là môn gần như không phụ thuộc không khí?
- So sánh: vì sao các nội dung sức bền lại thiệt ở vùng cao, trong khi các môn nhảy được lợi? (Gợi ý: oxy và thời gian thi đấu.)
Bài tập này không cần ra sân, không cần dụng cụ, và giúp học sinh hiểu vì sao một con số thành tích luôn cần kèm theo bối cảnh.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao nhảy xa ở vùng cao xa hơn?
Không khí loãng làm giảm lực cản, giúp người nhảy chạy đà nhanh hơn với cùng sức lực và bay ít bị cản hơn. Phần lợi chủ yếu đến từ tốc độ chạy đà, vốn quyết định phần lớn thành tích nhảy xa.
Thành phố Mexico cao bao nhiêu và không khí loãng thế nào?
Thành phố Mexico ở độ cao khoảng 2.240 m. Mật độ không khí ở đó thấp hơn mực nước biển chừng một phần năm, đủ làm thay đổi đáng kể lực cản với các môn có tốc độ cao.
Ném đĩa ở vùng cao có xa hơn không?
Không chắc, thường là không. Đĩa bay xa một phần nhờ lực nâng, mà không khí loãng làm giảm cả lực nâng lẫn lực cản. Mất lực nâng thường thiệt hơn phần lợi từ bớt cản.
Kỷ lục lập ở vùng cao có được công nhận không?
Có, nếu đáp ứng đủ các điều kiện khác như gió hợp lệ, thiết bị đo đạt chuẩn và kiểm tra doping. Trong thống kê, thành tích ở địa điểm trên khoảng 1.000 m thường được đánh dấu chữ "A".
Trọng lực ở vùng cao có giảm nhiều không?
Rất ít, chưa tới một phần nghìn khi lên cao hơn 2 km. Vĩ độ ảnh hưởng nhiều hơn độ cao, nhưng cả hai cộng lại cũng chỉ đáng vài phân với các môn ném nặng.
