Kỹ thuật núp gió: phân tích đội hình của Bekele tại Berlin 2019

Một nghiên cứu mới về khí động học giúp chúng ta biết nên chạy núp gió ở vị trí nào khi chạy sau người khác

Trở lại thời điểm năm 2017 khi núp gió trở thành chủ đề bàn tán sôi nổi trên các diễn đàn chạy bộ. Trước đó, Eliud Kipchoge bỏ lỡ cơ hội phá giới hạn chạy marathon trong 2 giờ ở sự kiện Breaking2 và đã có rất nhiều ý kiến bàn luận về lợi ích khí động học mà chiếc đồng hồ điện tử lắp trên xe dẫn tốc chạy trước mặt anh tạo ra.

Cuối cùng, một phân tích độc lập kết luận rằng chiếc xe có lẽ không tạo ra nhiều khác biệt. Thay vì đó, chính là nhóm các chân chạy trong các đội dẫn tốc gồm 6 người thay phiên nhau làm nhiệm vụ trong một đội hình hình mũi tên nhằm loại bỏ hầu hết lực cản gió. Ít nhất, đây là kết luận của một số nghiên cứu được thực hiện cách nay gần một nửa thế kỷ. Nhưng câu hỏi đặt ra là các chân chạy dẫn tốc thực tế đã tạo ra sự khác biệt ở mức độ nào? Không ai có thể lượng hóa được và cũng có rất ít dữ liệu khoa học có thể góp phần giải đáp câu hỏi hóc búa này.

Chủ đề này từ đó đã rơi vào trọng tâm nghiên cứu của nhiều nhà nghiên cứu. Một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Sinh cơ học do một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là ông Fabien Beaumont thuộc Đại học Reims Champagne-Ardenne, Pháp là một trong nhiều nhóm đã cố gắng đưa ánh sáng khoa học để làm rõ vấn đề này và từ đó đưa ra thêm các bằng chứng cho thấy núp gió thực sự có lợi ngay cả với các vận động viên marathon.

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tính toán động lực học chất lỏng để mô phỏng kỹ thuật núp gió mà chân chạy Ethiopia Kenenisa Bekele sử dụng khi vô địch giải Berlin Marathon năm 2019 với thành tích 2:01:41, chậm hơn kỷ lục thế giới do Kipchoge nắm giữ chỉ 2 giây. Bekele có ba vận động viên dẫn tốc chạy bên cạnh anh cho tới Km số 25. Từ đoạn phim ghi hình giải đấu, các nhà nghiên cứu xác định trong phần lớn quãng đường này Bekele đã chạy ở một trong ba vị trí phía sau các chân chạy dẫn tốc khoảng 1,3m gồm: 1) phía sau người chạy giữa; 2) phía sau một trong hai người chạy bên lề; hoặc 3) giữa hai người chạy dẫn tốc.

Hình dưới đây mô phỏng các vị trí này:

(Nguồn: Tạp chí Sinh cơ học)

Kỹ thuật mô phỏng giúp các nhà nghiên cứu tính toán mức áp lực không khí tạo ra ở từng trường hợp. Dưới đây là hình ảnh trực quan kết quả mô phỏng, trong đó màu đỏ là áp lực tăng và màu xanh dương là áp lực giảm:

(Nguồn: Tạp chí Sinh cơ học)

Khi chạy chúng ta cần quan tâm áp lực phía trước và áp lực phía sau. So với chạy một mình, chạy phía sau người dẫn tốc giúp giảm áp lực phía trước (màu đỏ nhạt hơn) và tăng áp lực phía sau (màu xanh dương mờ hơn). Điều thú vị là, điều này đồng nghĩa với việc các chân chạy dẫn tốc cũng có lợi thế khi có người núp gió phía sau vì áp lực phía sau họ không bị giảm đột ngột. Điều này đặc biệt đúng ở bộ môn xe đạp nhưng còn mới lạ với giới chạy bộ: mọi người đều được hưởng lợi ở đội hình dẫn tốc dàn hàng ngang nhưng người núp phía sau được lợi nhiều nhất.

Đội hình tối ưu nhất của Bekele trong ba đội hình này là khi anh chạy phía sau người dẫn tốc giữa nhưng sự khác biệt rất nhỏ. Các kết quả không cho thấy sự khác biệt quá lớn khi anh chạy phía sau một trong hai người dẫn tốc bên ngoài, từ đó đặt ra câu hỏi trong trường hợp chạy phía sau 1 người dẫn tốc duy nhất.

Tuy nhiên, việc chạy giữa hai người dẫn tốc lại không mang lại lợi ích tương tự. Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, chúng ta sẽ cảm nhận một lực kéo khoảng 7,8 N (Newton) khi chạy ở điều kiện lặng gió ở tốc độ chạy marathon trên 2 giờ một chút (2:50 phút/km). (Hãy hình dung một quá táo cỡ vừa nặng khoảng 1 N nên cảm giác như chúng ta đang bị một lực tương đương với một giỏ táo kéo lại.) Việc chạy giữa hai người dẫn tốc làm giảm lực kéo xuống còn 4,8 N; chạy ngay phía sau một người dẫn tốc giúp giảm lực kéo xuống còn 3,3 đến 3,5 N.

Điều chúng ta muốn xác định là tốc độ của Bekele được cải thiện bao nhiêu khi anh bỏ được lực kéo khoảng 3 hoặc 4 N. Dù không có con số cụ thể về thời gian nhưng nhóm nghiên cứu đã có những tính toán mức năng lượng chân chạy này tiết kiệm được. Điều này đòi hỏi chúng ta phải đưa ra một số giả định về hiệu quả chuyển đổi năng lượng thành cơ năng, chủ đề vẫn gây ra nhiều tranh cãi ngay cả trong giới chuyên gia về sinh cơ học.

Tác giả bài viết này đã trò chuyện với ông Wouter Hoogkamer, chuyên gia sinh cơ học tại Đại học về vấn đề này. Để trả lời câu hỏi “tiết kiệm được bao nhiêu thời gian”, ông cho rằng cần có cách tiếp cận ba bước như sau:

1. Tính toán lượng hóa lực cản.Đây là việc nghiên cứu này đã thực hiện bằng phương pháp tính toán động lực học chất lỏng và kết quả lực kéo khoảng 4N khi có núp gió và 8N khi không núp gió phù hợp với các con số ước tính khác về  lực cản không khí khi chạy.
2. Xác định mức năng lượng phát sinh vận động viên cần sử dụng để thắng lực này. Đây là việc khó thực hiện.
3. Xác định mức độ chạy chậm lại do phải đốt thêm năng lượng phát sinh. Đây là chủ đề của một nghiên cứu được công bố năm ngoáicủa chuyên gia nghiên cứu thuộc Đại học British Columbia Shalaya Kipp (trong đó đồng tác giả là ông Hoogkamer và chuyên gia sinh cơ học Rodger Kram của Đại học Colorado) nên đây là câu hỏi xem như đã có lời giải. Nếu có thể xác dịnh mức năng lượng phát sinh phải đốt vì lực cản không khí hoặc mức năng lượng có thể tiết kiệm nhờ núp gió, chúng ta có thể tính toán mức độ chạy nhanh hơn hoặc chậm hơn ở một tốc độ nhất định.

Vậy nên bước thứ hai là bước khó nhất. Tưởng tượng chúng ta đang chạy và có một dây thun buộc vào lưng và kéo cơ thể chúng ta lại với lực vài Newton. Chúng ta phải tiêu tốn thêm bao nhiêu năng lượng để duy trì tốc độ chạy? Do chạy bộ là loại hình vận động phức tạp nên rất khó có thể tính toán và đưa ra câu trả lời cụ thể. Theo ông Hoogkamer, chúng ta nên đo lường mối quan hệ này một cách trực tiếp bằng cách gắn puli của máy chạy trong phòng thí nghiệm với dây thun co giãn.

Thực tế ông và các đồng nghiệp đã thực hiện thí nghiệm này nhưng kết quả cho tới nay chưa được công bố. Một chi tiết thú vị là: một vài người “giỏi” hơn một vài người khác ở khía cạnh này. Nói cách khác, khi chúng ta tăng lực kéo của dây thun, mức tiêu thụ năng lượng (ước tính theo mức tiêu thụ oxy) chỉ tăng lên một chút. Mức tăng ở một số người khác nhiều hơn. Điều này cho thấy, giống như câu chuyện tranh luận về lợi ích của giày Vaporfly, lợi ích mà kỹ thuật núp gió mang lại khác nhau với những chân chạy khác nhau.

Trong bối cảnh còn thiếu mảnh ghép cuối cùng này, nghiên cứu này khó có thể đưa ra đáp án đầy đủ về việc Bekele đã tiết kiệm hoặc mất thêm bao nhiêu thời gian nhờ kỹ thuật núp gió. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng đưa ra một vài so sánh hữu ích về các vị trí núp gió khác nhau. Đáng chú ý là việc chạy phía sau ở vị trí giữa hai người dẫn tốc như các chân chạy marathon đỉnh cao thường thực hiện ngay cả khi đó là sự kiện họ lập kỷ lục thế giới lại có lợi ích thấp hơn so với việc chạy ngay phía sau chân chạy dẫn tốc. Đương nhiên việc chạy ngay phía sau người khác sẽ tạo cảm giác khó chịu do bị che tầm nhìn và nguy cơ vấp phải chân sau của người chạy trước. Nhưng nếu muốn tận dụng tốt nhất lợi thế khí động học mà núp gió mang lại, chúng ta phải quen dần với kỹ thuật này.

Theo OutsideOnline

Tại sao chúng ta quan tâm cuộc đối đầu Kipchoge – Bekele