В Физика жидкостей, опубликованный AIP Publishing, ученые из нескольких университетов Китая раскрывают несколько ключевых факторов, которые влияют на количество отскоков, которые претерпит прыгающий камень или приземляющийся самолет при ударе о воду.

Исследование включало теоретическое моделирование и простую экспериментальную установку с использованием модельного камня для сбора данных в режиме реального времени. Исследователи использовали алюминиевый диск в качестве подставки для камня и разработали механизм запуска, который использовал поток воздуха от компрессора для управления скоростью, с которой диск перемещался к воде.

Предыдущие исследования уже определили, что вращение камня является ключевым для того, чтобы заставить его прыгать или подпрыгивать, поэтому экспериментальная установка позволила двигателю применить контролируемое вращение к диску перед запуском. Кроме того, диск имел нейлоновый колпачок, содержащий модуль инерциальной навигации для измерения данных в полете и передачи их на компьютер через соединение Bluetooth.

Исследователи наблюдали два типа движений после столкновения диска с поверхностью воды: подпрыгивание и серфинг. В последнем случае диск скользит по поверхности воды, вообще не подпрыгивая.

Ключевой величиной, определяющей, может ли диск подпрыгивать, является вертикальное ускорение. Когда это ускорение в четыре раза превышает ускорение, обусловленное силой тяжести, g, диск подпрыгивает. Когда он немного меньше, 3,8 г, наблюдался серфинг.

"Мы рассматриваем феномен серфинга как критическую форму подпрыгивания, с 3,8 g в качестве критической границы подпрыгивания", - сказал автор Кун Чжао. Было установлено, что минимальное значение, при котором камень может проскочить, составляет 3,05 г.

Ученые также обнаружили, что направление, в котором вращается диск или камень, влияет на его траекторию и положение или тангаж, который представляет собой угол между поверхностью воды и направлением полета.

"Наши результаты показывают, что основной эффект вращения заключается в стабилизации положения во время столкновения за счет эффекта гироскопа", - сказал Чжао.

Вращение также отклоняло траекторию диска в полете. Вращение по часовой стрелке отклоняло траекторию вправо, в то время как вращение против часовой стрелки отклоняло ее влево.

"Наши результаты открывают новую перспективу для продвижения будущих исследований в области аэрокосмической и морской техники", - сказал Чжао.