MILANO – Tutti almeno una volta da bambini abbiamo provato il “rimbalzello”, gioco nel quale lanciare un sassolino in acqua cercando di fargli fare più rimbalzi possibili. Ma a cosa è dovuto questo curioso comportamento dei ciottoli a contatto con la superficie dell’acqua? Recentemente, un team di ricercatori di università cinese ha analizzato attentamente il fenomeno riguardante i sassi in acqua pubblicando i risultati su Physics of Fluids*.
Il rimbalzo dei sassi nell’acqua: gravità e rotazione
Il meccanismo che permette il rimbalzo di un ciottolo, con una densità superiore a quella dell'acqua, si basa sulla superiorità della forza d'appoggio del ciottolo rispetto alla forza di gravità: quando il sasso colpisce l'acqua, la forza dell'impatto spinge parte dell'acqua verso il basso, quindi la pietra, a sua volta, viene spinta verso l'alto. Se la pietra sta viaggiando abbastanza velocemente da raggiungere una soglia di velocità minima, la pietra rimbalzerà, altrimenti affonderà. Una pietra rotonda e piatta è la migliore, semplicemente perché la sua superficie sposta più acqua mentre salta. Gli elementi, quindi, indispensabili per vincere il cosiddetto gioco del “rimbalzello” (o “stone skipping”) sono una buona rotazione e velocità, la forma piatta della pietra e una ridotta angolazione del lancio.
Leggi anche Come si comporta l’acqua in assenza di gravità.
L’esperimento
I ricercatori cinesi hanno studiato i dettagli di questo fenomeno usando al posto di un normale sasso un disco di alluminio dotato di sensori che trasmettevano dati su rotazione e movimento. Per lanciare il disco è stato utilizzato un getto di aria compressa con un meccanismo in grado di imprimergli una precisa rotazione e permettere al disco di raggiungere le velocità necessarie. Le traiettorie e i rimbalzi sono stati seguiti da videocamere sistemate sopra l'acqua e a livello della sua superficie.
Gli scienziati hanno notato che il disco rimbalza se è sufficiente l'accelerazione verso l'alto al momento dell'impatto con l'acqua: se l'accelerazione è oltre quattro volte quella dovuta alla gravità (4 g), il disco salta. Se è un po' meno (3,8 g), il disco "fa surf", ovvero scivola sull'acqua senza saltare, mentre la soglia minima alla quale una pietra può saltare è di 3,05 g.
Lanciare i sassi in acqua: l’effetto giroscopio e l’effetto Magnus
I ricercatori hanno scoperto che tale fenomeno è il risultato della combinazione tra l'effetto giroscopio e l'effetto Magnus, entrambi prodotti quando la pietra rotante colpisce il fluido, il quale influenza la deflessione della sua traiettoria. La direzione di tale deflessione, a sua volta, è controllata dalla direzione di rotazione del sasso in acqua (in senso orario o antiorario); se la pietra ruota in senso orario, la deviazione si piega a destra; se in senso antiorario, la deviazione piega a sinistra. La rotazione aiuta a stabilizzare l'angolo di attacco, creando così condizioni favorevoli per il continuo rimbalzo del sasso sull’acqua.
Le implicazioni future
Pertanto, "gli angoli di attacco e le velocità orizzontali appropriati sono i fattori chiave per generare forze idrodinamiche sufficienti per soddisfare le condizioni di rimbalzo dei sassi in acqua” hanno concluso gli autori dello studio. Inoltre i fisici hanno ipotizzato che questa loro ricerca possa essere utile per il design di barche o sottomarini, oppure per gli atterraggi in acqua dei veicoli e degli aerei al rientro dei voli spaziali. "I nostri risultati forniscono una nuova prospettiva per far progredire gli studi futuri nell'ingegneria aerospaziale e marina", ha aggiunto il coautore Kung Zhao dell'Istituto di ingegneria elettromeccanica di Pechino.
Ti potrebbe interessare anche: Acqua nello spazio, come si muove?
Il lancio dei sassi in acqua è anche uno sport: “stone skipping” e “stone skimming”
Il “rimbalzello” non è soltanto un gioco per bambini: il lancio dei ciottoli è attualmente uno sport di cui si svolgono persino dei campionati. Il record attuale per il maggior numero di rimbalzi sull’acqua è detenuto da Kurt Steiner che il 6 settembre 2013 ha realizzato 88 rimbalzi presso Red Bridge nella Foresta nazionale di Allegheny.
Un altro tipo di gara è quella che si svolge dal 1997 a Easdale in Scozia, dove l’obiettivo è raggiungere con un lancio la maggior distanza, il cosiddetto “stone skimming”. Il Guinness World Record maschile di questa tipologia è attualmente detenuto da Dougie Isaacs con 121,8 m, mentre il record femminile è detenuto da Nina Luginbuhl con 52,5 m. Entrambi i lanci di sassi in acqua sono stati effettuati il 28 Maggio 2018 presso il lago di Abernant.
Scopri di più sul legame tra idratazione e sport.
Di Salvatore Galeone
Bibliografia:
*Trajectory and attitude study of a skipping stone; 20 April 2021
