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Physik des Steinewerfens

Verfasst: 19.02.2006, 21:02
von jens
Einen Stein genau 38 Mal auf der Wasseroberfläche springen zu lassen: Das ist große Kunst!
Archiperette, die Tochter von Professor Archipi, versucht sich in der Kunst des Steinewerfens. Dazu verwendet sie flache, abgerundete Steine, aber es gelingen ihr immer nur einige Hüpfer, bevor die Steine im Wasser versinken. Sie ist weit entfernt vom Weltrekord mit 38 Sprüngen.
Professor Archipi eilt ihr zur Hilfe:
Du musst den Stein beim Werfen ein wenig nach hinten neigen, damit er vom Wasser abprallt, anstatt hineinzufallen. Leider kippt der Stein bei jedem Sprung ein wenig nach vorne. Um zu verhindern, dass er untergeht, musst du ihm außer der Neigung noch eine Rotation um seine Vertikalachse mitgeben. Diese Stabilisierung geschieht aufgrund des Kreiseleffekts: Die Rotation verhindert das Umkippen und trägt zur Stabilisierung des Anstellwinkels bei. Einige Umdrehungen pro Sekunde reichen völlig aus. Archipi verdankt diese Informationen Lydéric Bcoquet, einem Forscher aus Grenoble, der - gedrängt von seinem neugierigen Sohn - die Abprall-Theorie genauer untersucht hat.
Archiperette macht Fortschritte, aber zum Schluss gleitet der Stein eher über das Wasser anstatt zu hüpfen, wodurch sich die Zahl der Abpraller erheblich verringert. Darum setzt Archipi seine Erklärungen zur guten Wurftechnik fort.
Bei jedem Abprallen taucht der Stein mit nahezu seiner gesamten Stärke ins Wasser ein. Dabei verliert er Energie, und wenn die Höhe des Sprungs kleiner ist als die Dicke des Steins, gleitet er nur noch übers Wasser. Du musst ihn also höher abwerfen, damit er so oft wie möglich abprallt. Beim Gleiten wird er langsamer bis er schließlich im Wasser versinkt, weil die Dichte des Steins größer ist als die des Wassers.
Ist es die Horizontalgeschwindigkeit, die den Stein über das Wasser springen lässt und verhindert, dass er untergeht? - erkundigt sich Archiperette.
Es ist wie beim Wasserskifahren - erwidert Archipi. Die Kraft, die auf einen Gegenstand wirkt, der sich über eine Wasseroberfläche bewegt, ist proportional dem Quadrat der Horizontalgeschwindigkeit und der Fläche, die mit dem Wasser in Berührung kommt. Ein Skifahrer hält sich auf dem Wasser, wenn seine Geschwindigkeit bei etwa 10 Kilometern pro Stunde liegt. Beim barefoot, also dem Gleiten über Wasser mit den Fußsohlen, muss man sich von einem schnelleren Boot ziehen lassen, weil die Fläche der Füße geringer ist als die der Skier. Hier liegt die Geschwindigkeit bei etwa 60 Kilometern pro Stunde.
Und wie weit kann der Stein hüpfen? - will Archiperette wissen. Lydéric Bocquet hat hier etwas ganz Überraschendes herausgefunden - meint Archipi. Die horizontale Strecke, die der Stein zurücklegt, hängt einzig und alleine von der Eingangsgeschwindigkeit ab. Um dich nicht unnötig zu ermüden, ist es wichtig, den Stein nicht zu hoch abzuwerfen, denn dann sind die horizontalen und vertikalen Amplituden der Bögen, die er beim Springen vollführt, zu groß und er wird nicht viele davon zustande bringen, bevor er untergeht. Wirf den Stein also von etwa einem Meter Höhe ab und gib ihm eine schöne Drehung mit auf den Weg.
Das Steinewerfen ist wahrlich eine Kunst!