Die Wissenschaft, Steine ​​auf dem Wasser zu überspringen

Steine ​​über die Wasseroberfläche springen zu lassen, ist eine Kunst, wird aber auch zunehmend zu einem Bereich ernsthafter wissenschaftlicher Forschung. Das Splash Lab an der Universität von Utah untersucht die Fluiddynamik (den Zweig der Physik, der sich mit der Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen befasst), und die Forscher dort haben untersucht, was erforderlich ist, um eine gute Sprungkraft auf Wasser zu erzielen.

Viele Variablen beeinflussen, was passiert, wenn ein Objekt auf Wasser trifft: den Aufprallwinkel, die Form des Objekts, seine Drehung, Größe, Masse und den Elastizitätskoeffizienten (wie ist es hart oder weich?). Die Forscher von Splash Lab untersuchen all diese Variablen mit Hochgeschwindigkeitskameras, die 1.000 Bilder pro Sekunde aufnehmen, sodass sie sehen können, was genau zum Zeitpunkt des Abpralls passiert.

Elastische Kugeln sind in vielerlei Hinsicht besser als Steine. (Foto: USU Splash Lab)

Das Foto oben zeigt einen Ball direkt nach einem Sprung. Der große Luftraum im Wasser wurde durch den Aufprall verursacht. Da das Projektil so viel Schwung hatte, ritt es die Seite des Hohlraums hinauf (in diesem Bild von links nach rechts), die als Rampe fungierte und heraussprang vom Wasser auf dem Weg zum nächsten Sprung.

In diesem Video von Splash Lab aus dem Jahr 2012 wird detaillierter beschrieben, was für einen guten Sprung erforderlich ist und wie das Labor die Fluiddynamik untersucht:

Der im Video erwähnte Steinschlagrekord wurde inzwischen gebrochen: 2014 stellte Kurt Steiner mit 88 Sprüngen einen neuen Rekord auf. (Zufälligerweise bedeutet "Steiner" auf Norwegisch "Steine".) Seine Leistung wurde in diesem erstaunlichen Video festgehalten:

Die Erforschung des Überspringens von Steinen mag ungewöhnlich erscheinen, aber die Spritzwasserforschung kann zu realen Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie Energie, Transport und Medizin führen. Zum Beispiel könnten Schlauchboote im Zodiac-Stil für die Passagiere sparsamer und sicherer gemacht werden, indem besser gesteuert wird, wie sie auf dem Wasser springen.

Vor kurzem haben sich Splash Lab und seine Mitarbeiter mit den Wassersprung-Eigenschaften der elastischen Kugel befasst, die in vielerlei Hinsicht besser für diese Aufgabe geeignet ist als das traditionelle Gestein. Durch Versuch und Irrtum entdeckte das Labor, dass mehr matschige Kugeln das beste Sprungpotential hatten und sogar springen konnten, wenn sie aus Winkeln geworfen wurden, die dreimal so groß waren wie der maximale Winkel für einen Stein. (Untersuchungen, die 2004 veröffentlicht wurden, haben gezeigt, dass der ideale Winkel für einen Stein 20 Grad beträgt.) Dies mag überraschend erscheinen, da die besten wasserabspringenden Steine ​​flach und hart sind, das Gegenteil einer runden und weichen Kugel, aber es macht Sinn wenn Sie genauer hinschauen. Der entscheidende Moment ist, wenn der Ball auf das Wasser trifft. Es "nimmt dann natürlich eine scheibenartige Geometrie und dynamische Ausrichtung an, die für das Überspringen von Wasser günstig sind", schreiben die Forscher in Nature.

Hier sehen Sie eine elastische Kugel, die aus einer Luftkanone geschossen wurde und eine beeindruckende Reihe kontrollierter Sprünge über mehrere Wasserbehälter im Labor ausführt:

Wie man Steine ​​wie ein Profi auf dem Wasser hüpfen lässt

Wenn Sie sich an einem neuen Rekord für das Überspringen von Steinen versuchen möchten, finden Sie hier einige Hinweise von Alessandro Gonella, einem selbsternannten Experten für das Überspringen von Steinen. Wie Sie im Video sehen können, ist er außergewöhnlich gut.

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