Trong bơi bướm và cú đạp chân cá heo, cả cơ thể vận động viên uốn thành một làn sóng chạy từ ngực xuống tới mũi chân, giống như thân cá heo hay đuôi cá. Làn sóng ấy đẩy nước về phía sau, và theo định luật phản lực, nước đẩy người về phía trước. Muốn tiến lên, làn sóng phải chạy dọc thân nhanh hơn tốc độ người bơi đang tiến — đó là nguyên lý chung của mọi sinh vật bơi bằng cách uốn mình.
Từ bơi ếch đến bơi bướm: một kiểu bơi sinh ra từ kẽ hở luật
Bơi bướm là kiểu bơi trẻ nhất trong bốn kiểu bơi thi đấu. Vào thập niên 1930, một số vận động viên bơi ếch ở Mỹ phát hiện luật thời đó không cấm đưa hai tay qua mặt nước khi hồi tay. Họ vung hai tay vòng trên không, nhanh hơn hẳn kéo tay dưới nước, nhưng chân vẫn đạp kiểu ếch.
Cùng thời gian, ở Đại học Iowa (Mỹ), huấn luyện viên David Armbruster và vận động viên Jack Sieg thử nghiệm kiểu đạp hai chân cùng lúc lên xuống như đuôi cá, gọi là "đạp chân cá heo". Ghép tay vung trên không với chân cá heo, kiểu bơi bướm hiện đại thành hình.
Một thời gian dài, kiểu bơi lai này gây tranh cãi trong các cuộc thi bơi ếch. Cuối cùng, cơ quan quản lý bơi lội quốc tế tách bơi bướm thành kiểu bơi riêng vào đầu thập niên 1950, và nội dung bơi bướm lần đầu xuất hiện ở Thế vận hội Melbourne năm 1956.
Cơ thể như một làn sóng chạy
Nhìn một vận động viên bơi bướm từ bên hông (qua cửa kính hồ bơi hoặc máy quay dưới nước), bạn sẽ thấy:
- Đầu và ngực nhấn xuống trước.
- Một lát sau, hông nhô lên.
- Rồi đầu gối gập, và cuối cùng bàn chân quất xuống mạnh nhất.
Các phần cơ thể không cùng lên xuống một lúc mà lần lượt, phần sau trễ hơn phần trước một chút. Đó chính là một sóng chạy — giống như làn sóng khán giả đứng lên ngồi xuống trên khán đài, mỗi người chỉ đứng lên ngồi xuống tại chỗ nhưng "con sóng" thì chạy vòng quanh sân.
Ở người bơi bướm, sóng chạy từ ngực xuống chân, và biên độ lớn dần: đầu nhấp nhô ít, hông nhiều hơn, bàn chân quét rộng nhất. Cách bơi này gần với kiểu bơi của cá heo và các loài cá vẫy mạnh phần đuôi.
Vì sao làn sóng đẩy người đi được
Hãy tưởng tượng một làn sóng chạy dọc cơ thể từ trước ra sau. Mỗi đoạn thân, khi sóng đi qua, nghiêng một góc và di chuyển lên hoặc xuống. Mặt nghiêng ấy giống như mái chèo đặt xiên: khi nó quét qua nước, nước bị đẩy chéo về phía sau. Cộng tất cả các đoạn lại, nước được đẩy về phía sau, cơ thể nhận lực về phía trước.
Điều kiện để tiến lên
Có một điều kiện then chốt, được nhà động vật học James Gray và các nhà nghiên cứu cơ sinh học về sau phân tích khi quay phim cá và lươn bơi: làn sóng phải chạy dọc thân, về phía sau, nhanh hơn tốc độ cơ thể tiến về phía trước.
Nếu sóng chạy chậm hơn tốc độ bơi, các đoạn thân không còn "đẩy" được nước nữa mà chỉ bị nước cản. Nếu sóng chạy nhanh hơn nhiều, mỗi đoạn thân quét qua nước một cách hiệu quả. Ở các loài cá bơi giỏi, tốc độ sóng thường lớn hơn tốc độ bơi một khoảng đáng kể.
Xoáy nước sau bàn chân
Mỗi cú quất của bàn chân (hoặc vây đuôi) để lại phía sau một vòng xoáy nước. Hai cú quất lên và xuống tạo ra hai dãy xoáy xen kẽ, quay ngược chiều nhau, ở giữa là một luồng nước bị đẩy ra phía sau như một tia phun. Các nhà nghiên cứu dùng hạt bụi nhỏ trong nước và laser để chụp lại những dãy xoáy này sau cá bơi và người bơi.
Con số Strouhal: một thước đo của bơi hiệu quả
Các nhà cơ học chất lỏng dùng một con số không có đơn vị để so sánh cách vẫy đuôi của các sinh vật khác nhau, gọi là số Strouhal:
St = f × A ÷ U
- f là tần số vẫy (số lần mỗi giây),
- A là biên độ quét của đầu đuôi (mét),
- U là tốc độ bơi (mét mỗi giây).
Các nghiên cứu về cá, cá heo, cả chim và côn trùng bay đã nhận thấy rằng khi di chuyển ổn định, nhiều loài nằm trong một khoảng hẹp, chừng 0,2 đến 0,4 — vùng mà các thí nghiệm cho thấy tạo lực đẩy hiệu quả.
Ví dụ tính
Giả sử một người bơi đạp chân cá heo dưới nước với tần số 2 lần mỗi giây, bàn chân quét lên xuống một biên độ 0,4 m, và tiến được 2 m/s. Khi đó St = 2 × 0,4 ÷ 2 = 0,4. Nếu cùng tần số và biên độ mà chỉ tiến 1,5 m/s, St ≈ 0,53, nằm ngoài vùng hiệu quả — tức là nhiều sức lực đang bị đổ vào việc khuấy nước thay vì tiến lên. (Số liệu chỉ là ví dụ minh hoạ, không phải số đo của một vận động viên cụ thể.)
Dưới nước nhanh hơn trên mặt nước
Một điều ít người ngờ tới: ở nhiều vận động viên giỏi, đoạn đạp chân cá heo hoàn toàn dưới nước sau khi xuất phát hoặc quay vòng lại nhanh hơn bơi trên mặt nước. Lý do chính là sóng mặt nước. Khi bơi sát mặt nước, cơ thể tạo ra sóng, và tạo sóng tốn năng lượng. Lặn sâu chừng một mét trở lên, phần năng lượng mất vào sóng mặt nước giảm hẳn.
Vì lợi thế này lớn đến mức có thể thay đổi bản chất các kiểu bơi, luật thi đấu hiện hành của Liên đoàn Thể thao dưới nước thế giới (World Aquatics) giới hạn: ở bơi bướm, bơi ngửa và bơi tự do, sau xuất phát và sau mỗi lần quay vòng, đầu vận động viên phải nhô lên mặt nước trước mốc 15 m. Các hồ thi đấu có vạch đánh dấu mốc 15 m trên dải phao để trọng tài theo dõi.
Họ hàng của cú đạp cá heo
| Ai bơi | Uốn mình theo hướng nào | Phần tạo lực chính |
|---|---|---|
| Cá heo, cá voi | Lên – xuống | Thân sau và vây đuôi nằm ngang |
| Phần lớn các loài cá | Trái – phải | Thân sau và vây đuôi dựng đứng |
| Lươn, rắn biển | Trái – phải, cả thân | Gần như toàn bộ chiều dài cơ thể |
| Người bơi bướm | Lên – xuống | Hông, đùi, cẳng chân, bàn chân |
| Người lặn chân vịt đơn (monofin) | Lên – xuống | Tấm chân vịt liền đóng vai vây đuôi |
Vì sao cá heo vẫy lên xuống còn cá vẫy sang ngang, và các kiểu bơi khác nhau của sinh vật dưới nước, có bài riêng ở mục Uốn lượn trong thế giới sống trên trang này.
Tự thử: thấy sức đẩy của làn sóng
Chuẩn bị: một chậu nước rộng (chậu tắm cho bé hoặc khay nhựa lớn), một dải nhựa mỏng dẻo (cắt từ bìa hồ sơ nhựa) rộng 3 cm, dài 25 cm, vài mẩu giấy vụn hoặc hạt tiêu xay để rắc lên mặt nước.
- Đổ nước sâu khoảng 10 cm. Rắc ít giấy vụn hoặc hạt tiêu lên mặt nước để thấy dòng chảy.
- Cầm một đầu dải nhựa, nhúng dải nhựa đứng thẳng trong nước như một vây đuôi.
- Lắc nhẹ cổ tay sang trái sang phải. Dải nhựa dẻo sẽ uốn thành sóng, đầu tự do quét rộng hơn đầu cầm tay.
- Quan sát: giấy vụn phía sau đầu tự do bị đẩy ra xa thành luồng.
- Thử lắc nhanh và chậm, so sánh luồng nước. Thử thay bằng một thanh cứng (thước nhựa): luồng nước khác thế nào?
Bạn sẽ thấy dải nhựa dẻo tạo luồng nước rõ và đều hơn thanh cứng — vì nó tự uốn thành sóng chạy, đúng như thân cá. Lau khô sàn sau khi làm để tránh trơn ngã.
Góc nhìn hôm nay
Bài này không dạy kỹ thuật bơi bướm — muốn học, hãy đến hồ bơi có huấn luyện viên. Điều đáng mang về là cách nhìn: khi xem một cuộc thi bơi bướm, đừng chỉ nhìn đôi tay vung trên mặt nước. Hãy nhìn làn sóng chạy dọc thân người, từ ngực tới mũi chân, và nhớ rằng đó cũng là cách cá heo, cá ngừ, lươn đã bơi từ hàng triệu năm trước khi con người nghĩ ra chữ "bơi bướm".
Nếu đau vai, đau lưng dưới kéo dài khi tập bơi, hãy nghỉ và đi khám thay vì cố bơi tiếp.
Câu hỏi thường gặp
Đạp chân cá heo là gì?
Đạp chân cá heo là kiểu đạp hai chân cùng lúc lên xuống, kết hợp uốn cả thân từ ngực tới mũi chân như một làn sóng. Đây là kiểu đạp chân của bơi bướm và cũng được dùng dưới nước sau xuất phát, quay vòng ở bơi ngửa, bơi tự do.
Bơi bướm có từ khi nào?
Bơi bướm hình thành từ thập niên 1930, khi vận động viên bơi ếch vung tay qua mặt nước, rồi kết hợp với cú đạp chân cá heo. Nó được tách thành kiểu bơi riêng vào đầu thập niên 1950 và lần đầu có ở Thế vận hội Melbourne năm 1956.
Vì sao uốn mình như sóng lại giúp bơi nhanh?
Khi sóng chạy dọc thân về phía sau, mỗi đoạn thân nghiêng như một mái chèo xiên và đẩy nước về phía sau, nước đẩy người về phía trước. Điều kiện là sóng phải chạy dọc thân nhanh hơn tốc độ người tiến lên.
Vì sao đạp chân dưới nước chỉ được tối đa 15 m?
Lặn sâu dưới nước, người bơi không tạo sóng mặt nước nên đỡ tốn năng lượng và thường nhanh hơn bơi trên mặt. Để giữ bản chất các kiểu bơi, luật hiện hành của World Aquatics buộc đầu vận động viên nhô lên mặt nước trước mốc 15 m sau xuất phát và mỗi lần quay vòng ở bơi bướm, bơi ngửa, bơi tự do.
Số Strouhal là gì?
Số Strouhal bằng tần số vẫy nhân biên độ quét chia cho tốc độ bơi. Nhiều loài cá, cá heo và chim bay ổn định trong khoảng 0,2 đến 0,4, được xem là vùng tạo lực đẩy hiệu quả.
