Nếu bạn thả một con kiến rơi từ tầng 63 xuống đất, liệu nó có chết không?

Đó là câu hỏi đã được một khán giả đặt ra cho show truyền hình nổi tiếng ở Hàn Quốc: Curiosity Heaven, nghĩa là "thiên đường cho sự tò mò". Chương trình này được công chiếu từ thập niên 1990, trong đó nhà sản xuất sẽ tự mình làm thí nghiệm hoặc hỏi ý kiến các chuyên gia để tìm lời giải đáp cho mọi câu hỏi kỳ cục nhất trên đời.

Đối với câu hỏi về cái chết của con kiến khi nhảy khỏi tòa nhà chọc trời, Curiosity Heaven đã thực sự làm một thí nghiệm để tìm hiểu. Họ đã mang những con kiến lên nóc của 63 Building, một tòa nhà 63 tầng cao 449 mét tại thủ đô Seoul để thả chúng xuống:

Rơi từ trên tòa nhà này xuống, liệu kiến có chết?

Thật đáng tiếc, cuộn băng lưu trữ chương trình này cuối cùng lại không có trên internet để chúng ta xem lại. Một số khán giả chỉ còn có ký ức mơ hồ về nó nói rằng: Những con kiến đã được thả xuống từ tầng 63, nhưng Curiosity Heaven không có cách nào để tìm lại chúng để xác nhận nó còn sống hay đã chết.

Vì vậy, bí ẩn đó tiếp tục kích thích trí tò mò của nhiều người. Thậm chí nó còn lan sang tận Mỹ, với một phiên bản khác trong chuyên mục "Ask the Van" của Khoa Vật lý, Đại học Illinois: "Nếu tôi thả một con kiến từ đỉnh tòa nhà Empire State, liệu nó có bị giết chết do va chạm, hay lực cản của dòng không khí sẽ đưa nó xuống đất một cách an toàn?".

Trên Reddit cũng còn có cả một chủ đề trong r/askcience để thảo luận về câu hỏi này. Tuy nhiên, chúng ta thực sự không cần thiết phải lặp lại thí nghiệm, mang một con kiến lên tầng 63 của một tòa nhà để thả xuống nhằm xác nhận tình trạng sống chết của nó.

Không chừng, việc này còn sẽ bị Tổ chức Đấu tranh vì Đạo đức với Động vật (PETA) phản ứng dữ dội. Vì vậy, hãy làm việc với một chút lý thuyết ở đây, để xem vật lý có thể giết chết một con kiến rơi từ tầng 63 hay không?

Nó phụ thuộc vào vận tốc cuối của cú rơi tự do

Để có thể biết mức độ thiệt hại của cú rơi tự do cho con kiến, chúng ta cần đánh giá lực tác động vào nó khi tiếp đất. Về cơ bản, khi bạn thả một con kiến ra khỏi tòa nhà cao tầng, sẽ có 2 lực tác động lên nó.

• Thứ nhất là lực hấp dẫn phụ thuộc vào gia tốc trọng trường (9,8 N/kg trên Trái Đất) và khối lượng của con kiến.
• Lực còn lại là lực cản không khí. Lực cản của không khí tăng theo vận tốc của con kiến trong cú rơi và luôn đẩy ngược chiều chuyển động của nó.

Nếu giả sử con kiến chỉ rơi thẳng đứng xuống dưới, phương trình tính tổng các lực tác động lên nó sẽ là:

Bỏ qua các hằng số ρ (khối lượng riêng của không khí), A (diện tích tiết diện con kiến) và C (hệ số cản phụ thuộc vào hình dạng), chúng ta thấy khi vận tốc v tăng lên, đến một ngưỡng nào đó, lực cản không khí sẽ triệt tiêu được trọng lực. Khi đó, tổng lực tác động lên con kiến sẽ bằng 0. Con kiến sẽ rơi với một vận tốc không đổi, chúng ta gọi đó là vận tốc cuối.

Vận tốc cuối được định nghĩa là tốc độ ổn định của một vật thể khi rơi tự do trong chất khí hoặc chất lỏng. Nếu trọng lượng và kích thước của một vật càng lớn thì vận tốc cuối của nó sẽ càng lớn.

Điều này có nghĩa là khi nó rơi xuống mặt đất sẽ tạo ra một phản lực lớn hơn. Nếu đối tượng là một sinh vật sống, vận tốc lớn hơn có nghĩa là cơ hội sống sót của nó sẽ thấp hơn và ngược lại.

Khi nhảy dù và rơi tự do, con người có thể đạt tới vận tốc cuối khoảng 200 km/h sau 15 giây.

Lấy con người làm ví dụ. Khi một người nhảy dù và rơi tự do, anh ta có thể đạt tới vận tốc cuối khoảng 200 km/h sau 15 giây và quãng đường rơi 450 mét. Không bung dù để tiếp đất ở vận tốc này, chúng ta chắc chắn sẽ chết.

Một con mèo, với cơ thể nhỏ hơn, chỉ có thể đạt tới vận tốc cuối 97 km/h. Quãng đường chúng di chuyển qua chỉ là 18-21 mét. Do đó, các thống kê cho thấy tỷ lệ sống sót của một con mèo ngã từ tầng lầu thứ 7 với các tầng cao hơn nó là như nhau, bởi chúng đều đã đạt tới vận tốc cuối.

Thực tế đã có một con mèo bị ngã từ cửa sổ tầng 32 của một tòa nhà xuống đường phố New York mà chỉ bị gãy xương sườn và dập phổi. Đối với loài mèo, chấn thương này chỉ tương đương với 2 ngày nằm viện trước khi có thể được về nhà.

Chuột, thậm chí còn có vận tốc cuối còn nhỏ hơn nữa. John Burdon Sanderson Haldane, một nhà sinh vật học người Anh khẳng định bạn có thể thả một con chuột xuống một hầm mỏ dài hàng nghìn thước. Khi tới đáy, nó chỉ bị sốc nhẹ rồi lập tức tỉnh lại và lỉnh đi mất.

Tại sao mèo có thể sống sót sau một cú rơi từ tầng 32?

Haldane cho biết bất cứ loài sinh vật nào nhỏ hơn chuột cũng có thể sống sót sau một cú rơi tự do ở khoảng cách bất kỳ. Đó là bởi lực cản không khí chuyển động tỷ lệ thuận với bề mặt của vật chuyển động.

"Chia chiều dài, chiều rộng và chiều cao của một con vật cho 10, trọng lượng của nó sẽ giảm xuống một phần nghìn, nhưng bề mặt của nó chỉ giảm xuống một phần trăm. Vì vậy, lực cản rơi trong trường hợp của vật nhỏ có thể lớn 10 lần lực phát động", Haldane viết.

Những con kiến sẽ không chết

Trong trường hợp một con kiến, "Ask the Van" của Khoa Vật lý, Đại học Illinois cho biết nó có vận tốc cuối rất nhỏ, không quá 2 m/s, tương đương 7,2 km/h. Ở vận tốc cuối này, sức cản của không khí sẽ dễ dàng nâng được con kiến và làm chậm tốc độ của nó khi chạm đất.

Tác động về mặt vật lý tới cơ thể con kiến vì vậy không đáng kể. Nó sẽ vẫn sống và đứng dậy đi lại như bình thường. 

Trong trường hợp một ngày có gió, dòng đối lưu của không khí thậm chí còn có thể thắng trọng lực và thổi con kiến bay ngược lên.

Đó cũng là một hiện tượng thường thấy đối với các vật thể nhỏ với vận tốc cuối nhỏ như bụi hoặc sương mù. Chúng thường có thể lơ lửng trong không trung mãi mà không bao giờ chạm đất.

Cần phải nói rằng, bất kể khi nào con kiến đạt được tới vận tốc cuối, độ cao sẽ không còn là vấn đề nữa. Vì vậy, tỷ lệ sống sót của một con kiến rơi tự do từ tầng 63 thực sự tương đương với khi nó rơi từ một ngọn cây xuống đất.

Có một chương trình truyền hình của Đức, Die Sendung mit der Maus đã làm thí nghiệm để kiểm tra điều đó và bạn thực sự không phải hiểu tiếng Đức để xem kết quả:

Sẽ ra sao nếu bạn thả một con kiến từ nhà cao tầng xuống đất?

Trong thí nghiệm, những con kiến đã bị thả rơi từ độ cao tương đối nhưng vẫn đứng dậy và đi lại được ngay lập tức. Một lý do giải thích cho điều này là vì kiến có cấu trúc với xương chitin bọc ngoài cơ thể.

Sự chắc chắn của lớp chitin không những bảo vệ kiến khỏi những cú rơi từ độ cao, mà còn giúp chúng nâng được vật nặng và chống lại các cuộc tấn công của kẻ thù. Điều này khắc hẳn với các loài động vật có xương sống như chúng ta, với bộ xương nằm bên trong cơ thể và cần được bảo vệ bởi các lớp mô mềm.

Kiến có cấu trúc với xương chitin bọc ngoài cơ thể.

Ngoài ra, các nghiên cứu cũng chỉ ra kiến không có thụ thể cảm giác đau. Nghĩa là chúng không cảm nhận được bất kỳ cơn đau nào như con người và các loài động vật bậc cao khác.

Do vậy, một cú rơi từ tầng 63 xuống đất đối với kiến có thể chỉ là một chuyến du hành thú vị trong không trung. Nó sẽ chẳng gây cho lũ kiến bất kỳ sự phiền toái nào, ngoại trừ việc phải tìm đường về nhà. Vì vậy, đó có thể là một chút gì đó yên tâm hơn đối với PETA rồi phải không?

• Phát triển loại enzyme phân hủy rác thải nhựa trong 24 giờ
• Kỳ quan công nghệ do "4 gã khổng lồ vũ trụ" bắt tay xây dựng: Nặng 40 tấn, chưa ở đâu có!
• Ngắm siêu du thuyền có giá đắt nhất thế giới