학문

물수제비 돌이 수면을 튕겨 나가는 과학적 원리는 무엇인가요?

호숫가에서 납작한 돌멩이를 비스듬히 던지면 돌이 물속으로 가라앉지 않고 수면 위를 여러 번 튕겨 나가며 멀리 이동하는데요. 물수제비 돌이 수면을 튕겨 나가는 과학적 원리는 무엇인가요?

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    빠르게 날아온 납작한 돌이 수면에 비스듬히 닿으면, 돌의 아랫면이 앞쪽의 물을 아래로 밀어내요. 물은 흐를 시간이 부족해서 이 순간에는 딱딱한 바닥처럼 버티고, 밀려난 물의 반작용이 돌을 위로 떠받쳐요. 이 힘은 속도의 제곱과 물에 닿은 면적에 비례해서, 빠를수록 짧은 접촉만으로도 돌의 무게를 이길 만큼 커지고 돌이 다시 튀어 올라요.

    2004년 프랑스 연구팀이 실험해 보니 돌과 수면이 이루는 각도가 약 20도일 때 가장 잘 튀었어요. 각도가 너무 크면 돌이 물을 파고들어 가라앉고, 너무 작으면 바닥면 전체가 물에 닿아 마찰로 속도를 크게 잃어요.

    손목 스냅으로 돌을 빠르게 회전시켜 던지는 것도 중요해요. 회전하는 돌은 자이로 효과로 자세가 흔들리지 않아 납작한 면이 계속 수면을 향해요. 회전 없이 던지면 첫 충돌에서 돌이 기울어 가장자리부터 물에 박혀요.

    튈 때마다 운동 에너지 일부를 물결로 잃어서 속도가 점점 줄고, 떠받치는 힘이 무게보다 작아지면 가라앉아요. 2013년 미국의 커트 스타이너가 세운 세계 기록은 88번이에요 :)

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