Forsker: Derfor kan særlige bolde slå smut som en smutsten

Alle ved, hvordan man får en flad sten til at slå smut hen over en vandoverflade. Den skal kastes med den rette vinkel, og den skal rotere hurtigt, så den opretholder sin hældning på grund af gyroskop-virkningen. Men hvordan man får en rund bold til at gøre det samme - det har en amerikansk professor i væskedynamik og tre kolleger nu fundet ud af.

Bolden bliver simpelthen klemt en lille smule flad ved sammenstødet med vandoverfladen, så den får en facon på undersiden, der ligner de flade smutsten. Vandoverfladen bliver selvfølgelig også presset ud af facon, når bolden rammer.

Forklaringen på, hvorfor nogle bolde er bedre til den ædle smutkunst end andre, har professor Tadd Truscotts forskerhold fundet ud af ved at filme forskellige bolde med høj hastighed, mens de støder sammen med vandet.

Bolden kommer fra højre side og rammer vandoverfladen hårdt. Boldens underste side lader sig presse flad - inden vandoverfladen kan nå at give ret meget efter. Resultatet er, at vandet påvirker bolden med kræfter, der ligner dem, der lader en smutsten smutte hen over vandet. (Foto: Tadd Truscott) Illustration: Tadd Truscott

Det viser sig, at de bedste bolde til at konkurrere med smutsten har helt specielle fysiske egenskaber. Deres vægtfylde er tæt på vægtfylden af den væske, de skal smutte på, og deres facon giver hurtigere efter og lader sig deformere af et tryk nedefra, end vandoverfladen giver efter.

Når man så kaster bolden skråt ned i vandet, bliver den altså banket flad mod vandet og får samme facon på undersiden som en god smutsten, og resultatet bliver, at vandets reaktionskraft puffer bolden tilbage i luften, så den kan fortsætte sin vilde flugt.

Ekspert i ting der rammer væsker

Professor Tadd Truscott brugte en stor del af sin studietid på at kaste ting i vandet, skriver han på sin hjemmeside. Især kugler. Siden er han blandt andet blevet ekspert i raketdyser og i, hvordan geværprojektiler opfører sig, når de skydes gennem vand.

Men for at gøre en lang historie kort gik forskernes forsøg ud på at kaste forskellige slags bolde i vandet for at undersøge deres karakteristika i forhold til at smutte på vandoverflader.

De prøvede med en såkaldt racketball, altså sådan en, man spiller ketcherspillet squash med. Og den kunne faktisk hoppe to-tre gange hen over en sø, når den blev kylet kraftigt nok med et fladt kast hen over vandet.

Så prøvede de med en superball. Superballens COR (Coefficient of Restitution) er meget høj, tæt på 1. Det er en massiv bold, bestående mest af syntetisk gummi, det såkaldte polybutadiene, plus nogle andre ingredienser. Den hopper ekstremt godt, hvis man kaster den på en betonoverflade. Næsten hele energien bevares i bolden, så den kan hoppe længe, hvis man bare slipper den i skulderhøjde.

Superballen viste sig imidlertid at være helt ubrugelig til at smutte på vand. Dens forhold mellem overflade og vægt er meget mindre end racketballens, og Tadd Truscott konkluderer efter sine smutforsøg, at dens større vægtfylde er skyld i, at den trænger ned i vandet i stedet for at slå smut.

Endelig prøvede de med en svensk opfindelse fra 1980, legetøjet Waboba (Water Bouncing Ball), en bold som oprindeligt bestod mest af polyurethane og med en overflade af lycra. Siden er den videre udviklet med gel-materialer som fyld. Den vejer 82 gram, og vægtfylden er cirka 1.

Den blev opfundet af svenskeren Jan von Heland, og den er i stand til at hoppe rigtig mange gange på vand - over 20 gange med en samlet smut-længde på 60 meter. Men i modsætning til de flade smutsten, der ligger på stranden, kræver Waboba'en ingen øvelse i det specielle kast. Der skal bare drøn på.

Den lille forskerartikel er nu offentliggjort på arXiv.org.

Se Waboba'en slå smut på vand

Dokumentation

Truscotts forskningsartikel
Prof. Tadd Truscotts hjemmeside