跳过石头的物理物理可以告诉我们飞机着陆

学习如何跳过湖泊或池塘的石头是一个历史悠久的童年传统。据最近在流体杂志的物理学中发表的一篇文章，跳过石头的底层物理学也可以是着陆飞机或航天器在水上的有用模型。中国物理学家建立了这样的模型，他们用它来进一步阐明了一块石头（或航天器）将在撞到水时弯曲的关键决定因素。

跳过石头只是一种自然的日常现象，即令人着迷的物理学家，即使乍一看乍一看似乎很简单。这一切都归结为旋转，速度，形状的石头和角度。当石头击中水时，冲击力就会推动一些水，所以石头又被迫向上。如果石头行驶足够快，以满足最小速度阈值，石头将反弹;如果没有，它会下沉。一轮扁平石头是最好的，只需因为它的表面积在跳过时越来越多。

2004年由法国物理学家莱德·塞奎克和克里克里什克兰特的实验表现得很多。他们建造了一个弹射装置，将铝磁盘扔在水箱中，然后用高速视频录制飞溅。他们了解到，弹跳的石头必须以最小的旋转速度（在其碰撞时间内至少一次）旋转，以便是稳定的。换句话说，跳过的石头依靠陀螺效果，其中围绕其自身轴旋转的主体倾向于保持自己的方向。 （＆＃39; s也停止旋转顶部的东西。）经验丰富的石头船只通常将这种旋转施加到石头上，用简单的手指轻弹。

Bocquet和Clanet＆＃39; S实验有助于他们确定如何最好地最大化反弹的数量。显而易见的解决方案是尽可能快地抛出石头，因为反弹的数量与抛光速度成比例。但这必须平衡反对能够控制投掷的速度和方向。即使用他们的弹射机，法国物理学家也只能达到大约20个反弹 - 明显低于目前的世界纪录的88跳片，套餐于2013年。

他们通过检查石头停止跳跃的原因来引入进一步的洞察力。它不是因为石头慢下来了;相反，它的轨迹随着时间的推移而变平。 Bocquet和Clanet得出结论，这是由于石头移动的角度，相对于水和＃39; S表面。当它向下移动时，石头就越多于＆＃39;向上移动，所以随着时间的推移，逐渐减少动量，逐渐减少升力。最终石头不再有足够的能量来跳过，它会沉没。他们的实验表明，石头平面和水的平面之间的最佳角度在10到20度之间。

2014年，一支犹他州州立大学团队在水面上进行弹性球，用高速相机捕获动态。球形比岩石更有弹性，因此在撞到水时变形成圆盘，以跳过石头的理想形状。因为塑料球体可以使它们撞到水的角度而变形并且具有较低的速度阈值，因此与它们的速度较低，因此更容易实现更多反弹。事实上，根据USU物理学家和合作的Tadd Truscott的说法，任何人都可以在仅仅10分钟的练习后达到塑料领域。

超越有趣的因素，在那里历史悠久的科学家历史，将跳过石头的课程应用于现实世界的应用。例如，大约1578年，Mathematician William Bourne指出，炮弹以足够低的角度从船上射出，可以在水面上划过水面和＃39; S表面，弹跳到甲板上并在目标船上打破桅杆。在第二次世界大战期间，英国工程师巴恩斯瓦尔斯出现了一个＆＃34;弹跳炸弹和＃34;设计，其中武器在撞击目标之前在水面上弹跳，然后在水下沉没并爆炸，类似于深度充电。 1943年，皇家空军使用弹性炸弹对抗德国。

1929年，Theodore von Karman更直接相关，对水登陆过程中的一项实验进行了几项实验，以确定海普兰船上的最大压力，并于1932年，赫伯特·瓦格纳显示了一只海普兰的起飞和着陆基本上是关于影响和滑动的所有问题在液体表面上。 ＆＃34; [瓦格纳]指出，通过液体的初始运动和身体运动的过程，＆＃34的初始动作是唯一地预先确定的影响。这个最新文件的中文共同作者在他们的介绍中写道。

对于他们的新研究，中国队的专注于弹跳（跳跃）和冲浪，其中圆盘或石头撇去表面，永不反弹。研究人员提出了自己的理论模型，其现象不仅掺入了上述陀螺仪效应，而且还包含了大量效果。众所周知，棒球的运动，例如，棒球的运动产生了围绕它的空气的旋风。凸起的接缝搅拌了球周围的空气，在各个位置产生高压区域（取决于音调的类型），这可能导致其轨迹中的偏差。跳过石头发生类似的东西。

为了测试他们的模型，中国科学家们创造了一个涉及扁平铝盘的实验设置和带有无刷电机的发射系统，以确保磁盘可以达到必要的速度。发射系统使用压缩机的空气吹气，以控制磁盘＆＃39;速度朝向水。研究人员将一个尼龙盖连接到圆盘上，通过磁基将其连接到发射器。 CAP还持有惯性导航模块，以在发射期间测量和收集数据，＆＃34;飞行，＆＃34;并降落，通过蓝牙连接将该数据传输到计算机。

该团队发现垂直加速度的临界阈值是引起的加速度的四倍（4g）。如果垂直加速度有点较小（3.8g），磁盘或石头将更有可能冲浪，而石头具有跳过电位的最小阈值是3.05克。

研究人员还确定了陀螺效果和陀螺效果的组合和旋转石头击中流体 - 影响其轨迹的偏转。反过来，该偏转的方向由石头＆＃39;旋转方向（顺时针或逆时针）控制。如果石头顺时针旋转，偏转弯曲为右侧;如果逆时针，偏转向左弯曲。纺纱有助于稳定攻击角，从而为连续反弹产生有利的条件。

因此，＆＃34;适当的攻击角和水平速度是产生足够的流体动力力以满足反弹条件的关键因素。作者得出结论。 ＆＃34;我们的结果提供了新的视角，以推进航空航天和海洋工程的未来研究，＆＃34;加入了北京机电工程研究所的共同作者功赵。这方面是最值得注意的空间飞行重新进入车辆和飞机的着陆，以及船体砰的一架; （驾驶船舶＆＃39;船体进入另一艘船的船体的横截面），并改善鱼雷设计。