Att hoppa över stenar på en vattenmassa är en urgammal lek, men att utveckla en bättre förståelse av fysiken är avgörande för mer allvarliga frågor, till exempel vattenlandningar vid återinträde i rymdflygfordon eller flygplan.

I Vätskans fysik , forskare från flera universitet i Kina avslöjar flera nyckelfaktorer som påverkar antalet studsar som en hoppsten eller ett landande flygplan kommer att genomgå när de träffar vattnet.

Studien involverade teoretisk modellering och en enkel experimentell uppställning med hjälp av en modellsten för att samla in data i realtid. Utredarna använde en aluminiumskiva som ett stöd för stenen och designade en utskjutningsmekanism som använde en luftpust från en kompressor för att kontrollera hastigheten med vilken skivan färdades mot vattnet.

Tidigare studier hade redan bestämt att spinning av stenen är nyckeln för att få den att hoppa över eller studsa, så den experimentella uppställningen gjorde det möjligt för en motor att applicera ett kontrollerat snurrande på disken innan den startade. Dessutom, skivan hade en nylonkåpa som innehöll en tröghetsnavigationsmodul för att mäta data under flygning och överföra den till en dator via en Bluetooth -anslutning.

Utredarna observerade två typer av rörelser efter att skivan kolliderade med vattenytan:studsande och surfande. I det senare, skivan skummar längs med vattenytan utan att studsa alls.

En nyckelstorhet för att avgöra om skivan kan studsa är den vertikala accelerationen. När denna acceleration överstiger fyra gånger accelerationen på grund av gravitationen, g, skivan studsar. När den är lite mindre, 3,8 g, surfing observerades.

"Vi anser att surffenomenet är en kritisk form av studsning, med 3,8 g som den kritiska studsgränsen, "sade författaren Kun Zhao. Det minsta värde som stenen har potential att hoppa över visade sig vara 3,05 g.

Forskarna fann också att riktningen i vilken skivan eller stenen snurras påverkar dess bana och attityden eller stigningen, vilket är vinkeln mellan vattenytan och flygriktningen.

"Våra resultat visar att den huvudsakliga effekten av spinning är att stabilisera attityden under kollisionen med gyroeffekten, sa Zhao.

Spinning avledde också skivans bana under flygning. En medurs rotation böjde banan åt höger, medan ett snurr moturs avledde det åt vänster.

"Våra resultat ger ett nytt perspektiv för att främja framtida studier inom flyg- och marinteknik, " sa Zhao.