Sải chân và nhịp chân: chim chạy nhanh hơn bằng cách nào

Tốc độ chạy bằng độ dài sải chân nhân với số sải mỗi giây. Khi tăng tốc, đà điểu chủ yếu kéo dài sải, còn nhịp chân chỉ tăng vừa phải; chim nhỏ như chim cút thì ngược lại, chân ngắn nên phải đạp nhịp rất nhanh. Hiểu phép nhân đơn giản này giúp giải thích vì sao chim lớn chạy đều, chim nhỏ chạy lăng xăng, và vì sao giữ nhịp đều lại tiết kiệm sức như vậy.

Phép nhân của tốc độ

Mọi con vật chạy đều tuân theo một công thức:

Tốc độ = độ dài sải × tần số sải

Một "sải" ở đây là một chu kỳ trọn vẹn: từ khi chân trái chạm đất tới lần chân trái chạm đất kế tiếp, gồm một bước trái và một bước phải. Muốn chạy nhanh hơn, con vật chỉ có hai cách: bước dài hơn, hoặc bước dày hơn. Mỗi cách có giới hạn riêng.

Đà điểu tăng tốc bằng cách nào

Đà điểu có chân dài và cẳng nhẹ, nên kéo dài sải là cách rẻ nhất. Khi chạy hết tốc, một sải đà điểu có thể dài khoảng 5 mét theo nhiều tài liệu phổ biến — hơn gấp đôi sải người chạy nước rút. Nhịp chân cũng tăng lên, nhưng không theo kịp mức tăng của độ dài sải.

Người thường chuyển dáng đột ngột: đi nhanh tới một mức là "bật" sang chạy. Đà điểu chuyển mượt hơn, gần như không thấy ranh giới — một lý do khiến chúng tiết kiệm năng lượng ở dải tốc độ rộng.

Chim nhỏ chạy kiểu gì

Chim cút, choi choi hay chim cu chạy đường có chân ngắn so với thân. Muốn nhanh, chúng phải tăng nhịp chân lên rất cao. Bạn sẽ thấy chân chúng mờ đi như bánh xe quay. Nhiều chim nhỏ còn chạy kiểu "chạy sát đất" — khớp gập sâu, thân giữ gần như phẳng, không có pha bay rõ ràng. Kiểu chạy này ổn định, ít nảy, hợp với việc luồn lách giữa cỏ và đá.

Chân dài không phải lúc nào cũng thắng

Có một cách so sánh công bằng giữa con vật lớn và nhỏ: so tốc độ theo "số chiều dài chân mỗi giây". Theo cách tính này, nhiều chim nhỏ và thằn lằn nhỏ chạy "nhanh" ngang hoặc hơn đà điểu. Các nhà cơ sinh học còn dùng một con số gọi là số Froude để so sánh dáng chạy giữa các loài khác cỡ. Hai con vật có cùng số Froude thường chạy với dáng giống nhau, dù to nhỏ khác hẳn. Đây là cách các nhà khoa học dự đoán dáng chạy của khủng long từ kích thước chân hoá thạch.

Vì sao giữ nhịp đều lại tiết kiệm

Gân chân hoạt động như lò xo, mà lò xo có một "tần số tự nhiên" — nhịp mà nó nảy dễ nhất. Khi con vật chạy đúng nhịp ấy, phần lớn năng lượng được gân trả lại, cơ chỉ phải bù phần hao hụt. Chạy lệch nhịp — bước gấp gáp rồi lại hụt hơi — làm cơ phải gánh nhiều hơn. Đó là lý do động vật chạy đường dài thường giữ một nhịp rất ổn định, và các nhà nghiên cứu thấy mỗi loài có một khoảng tốc độ "ưa thích" tốn ít năng lượng nhất cho mỗi mét đường.

Người chạy bộ cũng vậy: huấn luyện viên hay khuyên giữ nhịp bước đều, không sải quá dài, để tận dụng lò xo của gân Achilles và vòm bàn chân. Điều chỉnh nhịp chạy cho người là chuyện cần chuyên gia; ở đây chỉ dừng ở nguyên lý chung.

Đổi hướng: lúc sải chân phải ngắn lại

Sải dài rất tốt khi chạy thẳng, nhưng khi ngoặt, con vật cần ngắn sải lại, hạ trọng tâm và dùng lực bên. Đà điểu xoè cánh để giữ thăng bằng khi ngoặt; chim nhỏ dựa vào nhịp chân nhanh để điều chỉnh từng bước. Trong cuộc rượt đuổi trên thảo nguyên, kẻ săn mồi và con mồi thường thắng thua ở những cú ngoặt như vậy, không chỉ ở tốc độ thẳng.

Chim non học chạy

Chim non của đà điểu, emu và chim cút đi được gần như ngay sau khi nở. Lúc đầu sải chân ngắn, nhịp vụng về. Trong vài tuần, chân dài ra rất nhanh và dáng chạy ổn định dần. Ở đà điểu nuôi, giai đoạn lớn nhanh này cần nền chuồng tốt và vận động đủ để xương, gân phát triển đúng; thiếu vận động hoặc nền trơn dễ dẫn tới tật chân.

Góc nhìn hôm nay: tự đo sải chân

• Thử đếm: đi bộ 20 bước trên sân, đo quãng đường, chia ra để có độ dài một bước. Rồi chạy nhẹ 20 bước và so sánh. Bạn sẽ thấy cả sải và nhịp cùng thay đổi.
• Xem video quay chậm đà điểu và chim cút cạnh nhau: một bên sải dài nhịp vừa, một bên sải ngắn nhịp dày.
• Ra bãi biển lúc chiều, ngắm chim choi choi chạy theo sóng: chân nhỏ đạp nhịp nhanh tới mức trông như lướt.