Ερευνητές ανήγαγαν σε επιστήμη το παιχνίδι με τις πέτρες στη θάλασσα.
Μαθηματικοί εντόπισαν συγκεκριμένους τύπους πέτρας που μπορούν να κάνουν μεγάλα «άλματα» στην επιφάνεια του νερού, αν ριφθούν με τον κατάλληλο τρόπο.
Ενώ οι λάτρεις του παιχνιδιού προτιμούν τις λεπτές, επίπεδες πέτρες, για «βατραχάκια» σε μεγάλες αποστάσεις, το μαθηματικό μοντέλο των ερευνητών αποκαλύπτει ότι οι βαρύτερες πέτρες σε σχήμα πατάτας μπορούν να επιτύχουν πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα.
«Δοκιμάστε μερικές πιο πλατιές πέτρες και θα δείτε τι θα συμβεί», δήλωσε ο δρ Ράιαν Πάλμερ, καθηγητής εφαρμοσμένων μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ. «Δοκιμάστε να ρίξετε μια πέτρα που μοιάζει με πατάτα. Μπορείτε να κάνετε μερικά διασκεδαστικά πράγματα με βαρύτερες πέτρες».
Ο Πάλμερ και ο συνάδελφός του Φρανκ Σμιθ, καθηγητής εφαρμοσμένων μαθηματικών στο University College του Λονδίνου, δημιούργησαν ένα μαθηματικό μοντέλο για να διερευνήσουν πώς το σχήμα και η μάζα ενός αντικειμένου επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο γλιστρά στην επιφάνεια του νερού. Πέρα από τις κρίσιμες συνέπειες για τη ρίψη πέτρας, το μοντέλο θα βοηθήσει τους επιστήμονες που εργάζονται σε πιο σημαντικά προβλήματα, όπως η συσσώρευση πάγου σε αεροσκάφη εν πτήσει και οι δυνάμεις που παίζουν ρόλο όταν τα αεροπλάνα προσγειώνονται στο νερό.
Οι ερευνητές εντόπισαν μια μαθηματική σχέση μεταξύ της μάζας της πέτρας και της καμπυλότητας της κάτω πλευράς, που προσδιορίζει αν το βότσαλο θα γλιστρούσε ή όχι πάνω στο νερό. Οι βαρύτερες πέτρες που σε άλλες περιπτώσεις θα βυθιζόταν, μπορούν αν γλιστρήσουν αν η καμπυλότητα είναι επαρκής, συμπεραίνουν.
Ωστόσο, οι πιο ογκώδεις πέτρες, ακόμη και αν ριφθούν «σωστά», δεν πρόκειται να αναπηδήσουν πολλές φορές πριν εξαφανιστούν κάτω από την επιφάνεια. Οι βαρύτερες, πιο καμπυλωτές πέτρες αλληλεπιδρούν με το νερό με διαφορετικό τρόπο, αναφέρουν οι επιστήμονες στην επιθεώρηση Proceedings of the Royal Society A.
«Αν έχετε μια βαρύτερη πέτρα, μπορείτε να έχετε μια υπερελαστική απόκριση, με μια μοναδική μεγάλη αναπήδηση αντί για πολλές μικρές αναπηδήσεις», δήλωσε ο Palmer.
Σύμφωνα με τη μελέτη, οι βαρύτερες πέτρες με καμπύλη στη βάση μπορούν να αναπηδήσουν στο νερό, επειδή η καμπυλότητα αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο η πέτρα έρχεται σε επαφή με το νερό. Κατά την αρχική επαφή, πιέζεται στο νερό πιο βαθιά και για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Ως αποτέλεσμα, η πίεση από το νερό διατηρείται στη βάση της πέτρας για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και η επιφάνεια του νερού παραμορφώνεται περισσότερο, ωθώντας την πέτρα προς τα πάνω.
«Ουσιαστικά μετατρέπετε μια οριζόντια ρίψη σε μία πιο κάθετη κίνηση. Αυτό οδηγεί σε αύξηση της δύναμης του νερού που σπρώχνει αντίθετα την πέτρα και αυτό μπορεί να ξεπεράσει τη μάζα και να οδηγήσει την πέτρα ξανά προς τα έξω», εξήγησε ο Ryan.
Το μοντέλο δεν εξέτασε τον αντίκτυπο της περιστροφής των λίθων, αλλά προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ότι η περιστροφή αποτελεί σημαντικό μέρος της επιτυχημένης αναπήδησης στην επιφάνεια του νερού. Το κύριο αποτέλεσμα είναι η σταθεροποίηση της πέτρας μέσω γυροσκοπικών δυνάμεων καθώς γλιστράει στον αέρα. Αν η αρχική ρίψη είναι καλή, η περιστροφή μπορεί να την αποτρέψει από το να ανατραπεί κατά τη διάρκεια της ρίψης ή να χτυπήσει το νερό σε κακή γωνία.
