Vì Sao Vận Động Viên Xoay Nhanh Hơn Khi Thu Tay?

Trên sân băng, vận động viên giơ hai tay ra và xoay chậm. Rồi em thấy một động tác rất gọn: hai tay kéo vào ngực. Người ấy quay nhanh đến mức cánh tay như nhoà, trong khi không ai đẩy thêm một cái nào.

Vì sao thu tay lại thì quay nhanh hơn?

Nhìn vào: lúc nào người trượt băng quay nhanh hơn, khi tay dang ra hay khi tay thu sát người?

Video: Ngô Diệu Thạch, CC BY 4.0. Quay ở sân băng trong nhà.

Bên trái: hai tay cách trục quay khá xa, tốc độ góc còn nhỏ.

Bên phải: hai tay áp gần thân, tốc độ góc lớn hơn.

Mũi tên cong là chiều quay, không phải lực đẩy từ bên ngoài.

Đoán thử trước khi đọc

Vì sao thu tay thì quay nhanh hơn?

• A. Tay thu vào làm giảm ma sát với không khí, nên người quay mãi nhanh lên.
• B. Tay thu vào đưa khối lượng lại gần trục quay, nên cùng một mômen động lượng thì tốc độ góc phải tăng.
• C. Động năng quay được giữ nguyên. Muốn vậy thì phải quay nhanh hơn.

Chọn một đáp án trong đầu rồi đọc tiếp.

Khối lượng gần trục thì dễ đổi tốc độ quay

Đáp án đúng là B.

Mỗi phần trên người đang chuyển động tròn quanh một trục thẳng đứng, trục ấy đi qua người trượt băng. Khối lượng nằm xa trục thì khó làm cho nó quay nhanh hơn khối lượng nằm sát trục. Đại lượng đo "độ khó quay" ấy gọi là mômen quán tính. Để dễ hình dung: một cây gậy dài cầm ở giữa xoay qua lại rất nhẹ tay, nhưng cầm ở một đầu thì cổ tay phải gồng rất mỏi. Khoảng cách từ khối lượng tới trục quay càng xa thì vật càng "lì", càng khó thay đổi tốc độ quay. Với một cục nhỏ khối lượng m cách trục một đoạn r, phần đóng góp của nó tỉ lệ với m·r². Khoảng cách nằm ở luỹ thừa hai, nên kéo tay từ xa vào gần làm mômen quán tính giảm rõ.

Đại lượng gần như không đổi trong cú xoay ngắn là mômen động lượng. Với cả người, nó bằng mômen quán tính nhân tốc độ góc: L = I·ω. Trên băng, ma sát nhỏ và lại tác dụng sát trục quay, nên mômen lực ngoài gần như bằng không. Lúc đó L gần như không đổi: I giảm thì ω tăng.

Lớp 10 đã có động lượng p = m·v và chuyển động tròn với v = ω·r. Với một cục nhỏ, mômen động lượng chính là động lượng nhân khoảng cách tới trục: L = m·v·r. Tên gọi đầy đủ và cách cộng cho cả cơ thể, em sẽ học kỹ hơn ở đại học. Chiều của hiện tượng thì không cần chờ tới đó: thu tay vào là quay nhanh hơn.

Chấm đen là trục quay. Hai hình tròn xanh là hai bàn tay.

Đường tròn nét đứt chỉ khoảng cách từ tay tới trục.

I·ω gần như không đổi, nên I nhỏ thì ω lớn.

Năng lượng quay không được giữ nguyên

Đáp án C nghe hợp lý mà sai.

Động năng quay viết ½·I·ω². Nếu I giảm một nửa và ω tăng gấp đôi thì động năng tăng gấp đôi, không đứng yên. Phần năng lượng thêm ấy không từ trên trời rơi xuống. Khi kéo tay vào, cơ phải kéo ngược xu hướng tay văng ra. Tay không đi trên một vòng tròn cố định mà đi xoắn vào trong, nên lực của cơ có làm công. Công ấy biến thành động năng quay.

Duỗi tay ra lại thì người quay chậm như lúc đầu, và phần động năng thêm ấy được trả lại. Trên băng trơn, gần như không có chỗ nào cho năng lượng thoát ra ngoài trong cú xoay ngắn.

Thử ước lượng bằng số

Lấy một người 50 kg. Ước lượng tròn: phần thân gần trục có I_thân khoảng 1,0 kg·m², mỗi cánh tay 2,5 kg.

Tay duỗi, r = 0,60 m: I₁ = 1,0 + 2×2,5×0,60² = 2,80 kg·m².

Tay thu, r = 0,15 m: I₂ = 1,0 + 2×2,5×0,15² = 1,11 kg·m².

Vì I₁·ω₁ = I₂·ω₂ nên ω₂/ω₁ = 2,80/1,11 ≈ 2,5. Quay 1 vòng mỗi giây lúc duỗi tay thì khoảng 2,5 vòng mỗi giây lúc thu tay.

Động năng quay tăng từ khoảng 55 J lên khoảng 140 J. Phần thêm chừng 80 J, cỡ nhấc một can nước 4 kg lên cao 2 m. Đây là mô hình tròn, không phải số đo một vận động viên có tên. Người thật còn co một chân, nên tỉ số có thể khác, nhưng chiều thì rõ.

Tự thử ở nhà

Bên trái: dang thẳng hai tay cầm chai nước, mômen quán tính lớn nên ghế quay chậm.

Bên phải: co hai tay áp sát ngực, mômen quán tính giảm nên ghế quay nhanh hơn hẳn.

1. Chọn ghế xoay chắc, đặt trên sàn phẳng. Ngồi xuống, chân nhấc khỏi sàn để khỏi vướng.
2. Cầm hai chai nước 0,5 lít, đậy chặt, giơ thẳng sang hai bên.
3. Nhờ một người xoay ghế thật chậm, chỉ một vòng nhẹ, rồi buông.
4. Kéo hai chai áp vào ngực.

Em sẽ thấy ghế quay nhanh hơn ngay khi chai vào gần người. Giơ chai ra lại thì ghế chậm lại.

Vì sao? Chai là khối lượng. Kéo chai lại gần trục thì mômen quán tính giảm, mômen động lượng gần như giữ nguyên nên tốc độ góc tăng. Xoay chậm. Không đứng lên ghế. Ghế có bánh xe dễ chạy thì nhờ người giữ lưng ghế, đừng giữ vào mâm đang quay.

Hiểu lầm hay gặp

• ❌ Động năng quay được giữ nguyên, nên thu tay thì quay nhanh hơn. → ✅ Gần như giữ nguyên là mômen động lượng. Động năng tăng vì cơ làm công.
• ❌ Thu tay chủ yếu để đỡ ma sát không khí. → ✅ Việc quyết định là đưa khối lượng lại gần trục. Ma sát không khí không đổi đủ nhanh để gây cú tăng tốc em vừa thấy.
• ❌ Tay chuyển động nhanh hơn nhưng người vẫn quay cùng số vòng mỗi giây. → ✅ Tốc độ góc tăng. Tay còn đi trên đường tròn nhỏ hơn.

Em đã học ở đâu?

• Lớp 10 · Bài 28. Động lượng
• Lớp 10 · Bài 31. Động học của chuyển động tròn đều
• Lớp 10 · Bài 25. Động năng, thế năng

Mômen động lượng và mômen quán tính của cả cơ thể không nằm trong bài lớp 10. Công thức chất điểm L = m·v·r là bước nối từ động lượng em đã học.

Nghĩ tiếp

Vận động viên nhảy cầu đang xoay người trên không, thu gối thì quay nhanh, duỗi người ra thì quay chậm lại vừa kịp lúc xuống nước. Trên không cũng gần như không có mômen lực ngoài.

Gợi ý: đại lượng nào gần như không đổi, và động năng quay lấy thêm từ đâu khi người ấy co người?

Nguồn

• OpenStax — University Physics Volume 1, mục 11.3 Conservation of Angular Momentum (10/10/2026). Hình vận động viên trượt băng: mômen động lượng gần như không đổi vì mômen lực ma sát rất nhỏ; công kéo tay vào làm động năng quay tăng.
• SGK Vật lí 10, bài Động lượng và bài Động học của chuyển động tròn đều. Phép ước lượng I_thân, khối lượng tay và hai bán kính trong bài là mô hình tròn để thấy tỉ số, không phải số đo một vận động viên cụ thể.