Người 75 kg ngồi trên xe chạy 50 km/h mang theo động lượng p = mv ≈ 1042 kg·m/s. Xe đâm vào tường, con số ấy phải về 0 — không thương lượng, không ngoại lệ, bảo toàn động lượng không nhận đơn xin miễn. Điều duy nhất còn mặc cả được: mất nó trong bao lâu. Kéo thanh trượt và nhìn cái giá của từng mili-giây:
Một phép chia đáng giá ngành công nghiệp
Định luật II Newton viết theo kiểu ít gặp hơn ở trường: F·Δt = Δp — cùng một lượng động lượng, lực tỉ lệ nghịch với thời gian:
F = Δp/Δt| Cái gì dừng bạn | Δt | Lực trung bình | Tương đương |
|---|---|---|---|
| Táp-lô cứng | 5 ms | 208 kN | 283g — không sống nổi |
| Dây an toàn | 50 ms | 20,8 kN | 28g — chấn thương, sống |
| Dây + túi khí | 150 ms | 6,9 kN | 9g — bầm tím |
Túi khí không “đỡ” bạn theo nghĩa hứng lấy — nó câu giờ. Nổ ra trong 30 ms rồi xẹp có kiểm soát qua các lỗ thoát ở mặt sau: chính pha xẹp mới là pha làm việc, kéo cú dừng của đầu và ngực dài ra gấp ba mươi lần so với đập thẳng. Cùng lúc, mũi xe nhăn nhúm — vùng biến dạng (crumple zone) là bộ phận được thiết kế để hỏng: xe càng “nát đẹp” phía trước, Δt của khoang người càng dài. Chiếc xe cổ nồi đồng cối đá trông cứng cáp hơn lại nguy hiểm hơn chính vì nó từ chối nhăn.
Bạn đã biết định luật này từ trước khi học nó
Cơ thể tự thực hiện phép kéo dài Δt mà không cần ai dạy: nhảy từ bậc cao xuống, bạn khuỵu gối — biến cú dừng 5 ms của đôi chân thẳng đơ thành cú hạ 100 ms êm ru. Thủ môn bắt bóng thu tay theo bóng; võ sĩ ngả đầu theo cú đấm; người ta chuyền quả trứng bằng cách lùi tay lúc bắt. Tất cả cùng một mưu: không giảm được Δp thì nống Δt lên.
Chiều ngược lại cũng là công nghệ: búa đóng đinh cố tình dừng thật gấp — đầu búa thép cứng, không đàn hồi, dồn cả động lượng vào một mili-giây để lực đủ lớn xuyên gỗ. Búa bọc cao su đóng đinh dở tệ vì lý do y hệt khiến túi khí cứu người.
Trường hợp biên: rơi tự do mà vẫn toàn mạng
Đẩy Δt tới cực đoan, chuyện khó tin thành chuyện tính được. Vận động viên nhảy từ độ cao lớn xuống lưới cứu hộ hay đệm khí: chạm đất ở cùng tốc độ với người rơi xuống bê tông, nhưng lưới võng xuống cả mét — Δt dài gấp trăm lần, lực chia trăm lần. Năm 2012, một diễn viên đóng thế nhảy không dù từ 730 m xuống núi hộp các-tông và đứng dậy bước ra: khoa học của màn đó không có gì ngoài công thức bạn vừa kéo, với Δt được mua bằng vài nghìn chiếc hộp chịu bẹp thay ngực anh ta.
Quãng dừng trong demo kể cùng câu chuyện bằng thước đo khác: dừng trong 5 ms là dừng trong 3,5 cm — độ lún của da và xương ức; dừng trong 150 ms là hơn một mét — đúng cỡ chiều dài mũi xe hy sinh cộng túi khí. Muốn biết một cú va an toàn đến đâu, đừng hỏi “đâm mạnh cỡ nào”, hãy hỏi “cái gì bẹp thay bạn, và bẹp được bao nhiêu xăng-ti-mét”.