Stenen overslaan op een waterlichaam is een eeuwenoud spel, maar het ontwikkelen van een beter begrip van de betrokken fysica is cruciaal voor serieuzere zaken, zoals landingen op het water bij terugkeer van ruimtevluchtvoertuigen of vliegtuigen.

In Fysica van vloeistoffen , wetenschappers van verschillende universiteiten in China onthullen verschillende sleutelfactoren die van invloed zijn op het aantal stuiters dat een springsteen of landend vliegtuig zal ondergaan wanneer het het water raakt.

De studie omvatte theoretische modellering en een eenvoudige experimentele opstelling met behulp van een modelsteen om gegevens in realtime te verzamelen. De onderzoekers gebruikten een aluminium schijf als stand-in voor de steen en ontwierpen een lanceermechanisme dat gebruik maakte van een luchtstoot van een compressor om de snelheid te regelen waarmee de schijf naar het water reisde.

Eerdere studies hadden al vastgesteld dat het draaien van de steen de sleutel is om hem te laten springen of stuiteren, dus de experimentele opstelling stond een motor toe om een ​​gecontroleerde draai aan de schijf toe te passen voorafgaand aan de lancering. In aanvulling, de schijf had een nylon dop met daarin een traagheidsnavigatiemodule om gegevens tijdens de vlucht te meten en via een Bluetooth-verbinding naar een computer te verzenden.

De onderzoekers observeerden twee soorten bewegingen nadat de schijf in botsing kwam met het wateroppervlak:stuiteren en surfen. In het laatstgenoemde, de schijf scheert langs het wateroppervlak zonder te stuiteren.

Een belangrijke factor bij het bepalen of de schijf kan stuiteren, is de verticale versnelling. Wanneer deze versnelling vier keer de versnelling door de zwaartekracht overschrijdt, G, de schijf stuitert. Als het iets kleiner is, 3,8 gram, surfen werd waargenomen.

"We beschouwen het surffenomeen als een kritieke vorm van stuiteren, met 3,8 g als kritische bounce grens, " zei auteur Kun Zhao. De minimale waarde waarbij de steen het potentieel heeft om over te slaan, bleek 3,05 g te zijn.

De wetenschappers ontdekten ook dat de richting waarin de schijf of steen wordt rondgedraaid, van invloed is op de baan en de houding of toonhoogte, dat is de hoek tussen het wateroppervlak en de vliegrichting.

"Onze resultaten laten zien dat het belangrijkste effect van spinnen is om de houding tijdens de botsing te stabiliseren door het gyro-effect, ' zei Zhao.

Spinnen veranderde ook het traject van de schijf tijdens de vlucht. Een rotatie met de klok mee boog het traject naar rechts, terwijl een draai tegen de klok in het naar links deed afbuigen.

"Onze resultaten bieden een nieuw perspectief om toekomstige studies in lucht- en ruimtevaarttechniek vooruit te helpen, ' zei Zhao.