Saltare pietre su uno specchio d'acqua è un gioco antico, ma sviluppare una migliore comprensione della fisica coinvolta è cruciale per questioni più serie, come atterraggi in acqua al rientro di veicoli o aerei spaziali.

In Fisica dei fluidi , scienziati di diverse università cinesi rivelano diversi fattori chiave che influenzano il numero di rimbalzi che subiranno una pietra che salta o un aereo in atterraggio quando colpiscono l'acqua.

Lo studio ha coinvolto la modellazione teorica e una semplice configurazione sperimentale utilizzando una pietra modello per raccogliere dati in tempo reale. I ricercatori hanno utilizzato un disco di alluminio come sostituto della pietra e hanno progettato un meccanismo di lancio che utilizzava uno sbuffo d'aria da un compressore per controllare la velocità con cui il disco viaggiava verso l'acqua.

Precedenti studi avevano già stabilito che far girare la pietra è la chiave per farla saltare o rimbalzare, quindi la configurazione sperimentale ha permesso a un motore di applicare una rotazione controllata al disco prima del lancio. Inoltre, il disco aveva un cappuccio in nylon contenente un modulo di navigazione inerziale per misurare i dati in volo e trasmetterli a un computer tramite una connessione Bluetooth.

Gli investigatori hanno osservato due tipi di movimenti dopo che il disco si è scontrato con la superficie dell'acqua:rimbalzo e surf. In quest'ultimo, il disco sfiora la superficie dell'acqua senza rimbalzare affatto.

Una quantità chiave per determinare se il disco può rimbalzare è l'accelerazione verticale. Quando questa accelerazione supera il quadruplo dell'accelerazione di gravità, G, il disco rimbalza. Quando è leggermente più piccolo, 3,8 g, è stato osservato il surf.

"Riteniamo che il fenomeno del surf sia una forma critica di rimbalzo, con 3,8 g come limite di rimbalzo critico, " ha detto l'autore Kun Zhao. Il valore minimo al quale la pietra ha il potenziale di saltare è risultato essere di 3,05 g.

Gli scienziati hanno anche scoperto che la direzione in cui il disco o la pietra viene filata influenza la sua traiettoria e l'assetto o il passo, che è l'angolo tra la superficie dell'acqua e la direzione di volo.

"I nostri risultati mostrano che l'effetto principale della rotazione è quello di stabilizzare l'assetto durante la collisione per effetto del giroscopio, " disse Zhao.

La rotazione ha anche deviato la traiettoria del disco in volo. Una rotazione in senso orario ha piegato la traiettoria verso destra, mentre una rotazione in senso antiorario lo ha deviato verso sinistra.

"I nostri risultati forniscono una nuova prospettiva per far progredire gli studi futuri in ingegneria aerospaziale e marina, " disse Zhao.