Sauter des pierres sur un plan d'eau est un jeu séculaire, mais développer une meilleure compréhension de la physique impliquée est crucial pour des questions plus sérieuses, tels que les atterrissages sur l'eau lors de la rentrée de véhicules ou d'aéronefs spatiaux.

Dans Physique des fluides , des scientifiques de plusieurs universités chinoises révèlent plusieurs facteurs clés qui influencent le nombre de rebonds subis par une pierre à sauter ou un avion à l'atterrissage lorsqu'il heurte l'eau.

L'étude impliquait une modélisation théorique et une configuration expérimentale simple utilisant une pierre modèle pour recueillir des données en temps réel. Les enquêteurs ont utilisé un disque en aluminium pour remplacer la pierre et ont conçu un mécanisme de lancement qui utilisait une bouffée d'air provenant d'un compresseur pour contrôler la vitesse à laquelle le disque se dirigeait vers l'eau.

Des études antérieures avaient déjà déterminé que faire tourner la pierre est la clé pour la faire sauter ou rebondir, ainsi, la configuration expérimentale a permis à un moteur d'appliquer une rotation contrôlée au disque avant le lancement. En outre, le disque avait un capuchon en nylon contenant un module de navigation inertielle pour mesurer les données en vol et les transmettre à un ordinateur via une connexion Bluetooth.

Les enquêteurs ont observé deux types de mouvements après la collision du disque avec la surface de l'eau :rebondir et surfer. Dans ce dernier, le disque effleure la surface de l'eau sans rebondir du tout.

Une quantité clé pour déterminer si le disque peut rebondir est l'accélération verticale. Lorsque cette accélération dépasse quatre fois l'accélération due à la pesanteur, g, le disque rebondit. Lorsqu'il est légèrement plus petit, 3,8 grammes, le surf a été observé.

"Nous considérons le phénomène du surf comme une forme critique de rebond, avec 3,8 g comme limite de rebond critique, " a déclaré l'auteur Kun Zhao. La valeur minimale à laquelle la pierre a le potentiel de sauter s'est avérée être de 3,05 g.

Les scientifiques ont également découvert que la direction dans laquelle le disque ou la pierre est tourné affecte sa trajectoire et l'attitude ou le pas, qui est l'angle entre la surface de l'eau et la direction du vol.

"Nos résultats montrent que le principal effet de la rotation est de stabiliser l'attitude lors de la collision par l'effet gyroscopique, " dit Zhao.

La rotation a également dévié la trajectoire du disque en vol. Une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre a infléchi la trajectoire vers la droite, alors qu'une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre l'a dévié vers la gauche.

"Nos résultats offrent une nouvelle perspective pour faire avancer les études futures en génie aérospatial et maritime, " dit Zhao.