Physik der Skipping Stones schaffte Bounceable Marinewaffen

Skipping elastische Kugeln vom Wasser ist viel einfacher als zu versuchen, Steinen "Hop" über die Oberfläche eines Sees machen zu tun, aber eine neue Studie der Wasserbeaufschlagung Physik ist nicht nur Spiel und Spaß – die Forschung verbessern könnte alles von aquatischen Spielzeug Marinewaffen und Schlauchbooten, Wissenschaftler sagte.

Studieren wie Objekte über Wasser ricochet hat eine breite Palette von Anwendungen. Zum Beispiel während der Zeit der Segelschiffe wurden als Segelschiffe die Meere für Handel und Kriegsführung beherrschte, Kanonenkugeln übers Wasser hüpfen auf Decks, töten von feindlichen Segler und brechen Masten übersprungen.

"Ein Text mit dem Titel"The Art von Shooting [in] große Ordnaunce"von William Bourne wurde wahrscheinlich im Jahre 1578 veröffentlicht und ist das erste bekannte Konto zu erwähnen, dass wenn Kanonenkugeln auf einem ausreichend niedrigen Winkel abgefeuert werden sie über die Wasseroberfläche abprallen werden", sagte Co-Studienautor Tadd Truscott, ein Fluid Dynamiker an der Utah State University in Logan. [Die mysteriöse Physik von 7 alltäglichen Dingen]

Darüber hinaus entwickelt während Zweiter Weltkrieg, britischer Ingenieur Barnes Wallis eine Bombe, die über Wasser hüpfen konnte die Royal Air Force gegen Deutschland im Jahre 1943 verwendet. "Diese Bombe wurde zu drehen mit einer hohen Geschwindigkeit vor dem Aufprall, ermöglicht es, entlang der Wasseroberfläche und vermeiden Torpedonetze auf dem Weg zum wichtigsten deutschen Talsperren zerstören", sagte Truscott Leben Wissenschaft.

Darüber hinaus studieren wie die Basilisk Eidechse übers Wasser laufen kann – eine Funktion, die diese Reptilien den Spitznamen "Jesus Lizard erwarb" – könnte eines Tages helfen Forschern Roboter bauen, die das gleiche zu tun. "Wasserbeaufschlagung wurde stark untersucht seit 100 Jahren mit Motiven von der Physik des Wasserflugzeug landen, häufiger jedoch einen einfachen Wunsch, die Welt besser zu verstehen, in der wir leben, zu verstehen", sagte Truscott.

Ein Stein kann auf mehrere Male über die Oberfläche des Wassers, ricochet, vorausgesetzt, es ist die richtige, scheibenartige Form und ist mit der richtigen Geschwindigkeit und die Flugbahn schnippte gelockt. Jedoch schlägt Forschung, dass elastische Kugeln viel einfacher sind zu überspringen, auch mit nur mittelmäßigen Starts.

Eine Spielzeug, bekannt als das Wasser Bouncing Ball oder Waboba, inspiriert Truscott neueste Forschung in der Physik der hüpfende Kugeln. Der Waboba Tennisball-Größe kann nicht hüpfen auf dem Land aber ist in der Lage, über Wasser mit relativer Leichtigkeit zu überspringen.

"Unser Ansatz war es spielerisch auf den ersten," Truscott sagte in einer Erklärung. "Mein Sohn und Neffe wollte die Auswirkungen der elastische Kugeln in Zeitlupe, zu sehen, so dass auch Teil der anfänglichen Motivation war. Wir fragten uns einfach, warum diese Spielzeuge so gut überspringen. In der Regel habe ich immer die kindliche Neugier führt oft zu tiefgreifenden Entdeckung gefunden."

Erfahren Sie mehr über wie elastische Objekte überspringen verwendet Truscott und seine Kollegen Hochgeschwindigkeitskameras Aufnahmen elastische Bälle Prellen über Tanks von Wasser in einem Labor. Die Wissenschaftler entdeckten, dass elastische Kugeln überlegene Querschläger Fähigkeit für eine Vielzahl von Gründen unter Beweis stellen können.

Erstens kann der Akt der elastische Kugeln schlagen Wasser verformen sie in disklike Formen, die ähnlich wie die Art von Steinen findet man vielleicht an einem Ufer. Diese Formen sind ideal für mehrere prallt an Wasser; die Flüssigkeit kann mehr Kraft auf eine flache Untertasse als ein runder Ball ausüben.

Darüber hinaus können elastische Kugeln in ideale Scheibe Formen unabhängig von den Winkeln verformen an denen sie das Wasser schlagen. Dies bedeutet, dass sie das Wasser auf eine größere Palette von Winkeln treffen können, als starre Platten können und noch überspringen, Truscott sagte.

"Ich würde schätzen, dass talentierte Amateur Stein-Skipper möglicherweise in der Lage, fast 20 springt mit einem Stein zu erreichen – der Weltrekord liegt bei 88, aber es ist sehr schwierig. "Das jahrelange Praxis und [ein] ideale Stein, ruhiges Wasser und einen glücklichen Wurf bedeuten würde, sagte Truscott. Im Gegensatz dazu konnte "Sie eine elastische Kugel 20 Mal in einer Angelegenheit von 10 Minuten [Übung] überspringen."

Alles in allem fanden die Forscher, dass elastische Kugeln überspringen können, wenn Sie Wasser im Winkel fast dreimal größer als die prognostizierte für starre Kugeln schlagen. Eine elastische Kugel "auch mit einer viel langsamer werfen Geschwindigkeit als seinen steifen Freund überspringen würde wenn sie im gleichen Winkel zur Wasseroberfläche geworfen wurden," sagte Truscott.

"Es ist immer noch überraschend für mich, wenn ich eine dieser elastische Bälle an einem See oder Schwimmbad zu werfen und beobachten Sie es mehrmals mühelos überspringen", sagte Truscott. "Um das gleiche zu erreichen nimmt Kunststück mit einem Stein viel Geschick und Geschwindigkeit, während elastische Kugeln durch meine 5 jährige Tochter übersprungen werden können."

Die Forscher vermuten, dass ihre Arbeit verbessern könnte "aufblasbare Oberflächenfertigkeit oder Projektile überspringen", sagte Truscott.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-4 Februar in der Fachzeitschrift Nature Communications.

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