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Die Kunst des Kieselhüpfens

Forscher optimieren die Wurftechnik am Teich

Von Rainer Scharf

Ein ruhiges Gewässer, an dessen Ufer flache Kiesel liegen, übt auf viele Menschen eine unwiderstehliche Wirkung aus. Versonnen lassen sie einen Stein nach dem anderen übers Wasser hüpfen. Nach einigen Sprüngen, die immer kürzer werden, versinkt der geworfene Stein schließlich. Die Kunst beim Kieselhüpfen oder "Ditschen" besteht natürlich darin, daß der Stein möglichst viele Sprünge macht. Der Weltrekord, der bei 38 Sprüngen liegt, wurde 1992 von einem Amerikaner auf einem Fluß in Texas aufgestellt. Jetzt haben französische Physiker untersucht, wie man das Kieselhüpfen perfektionieren kann.

Wie alle ambitionierten Kieselwerfer wissen, sollte man einen möglichst flachen und runden Stein nehmen und ihn mit hoher Geschwindigkeit unter flachem Winkel auf die Wasseroberfläche werfen. Ein zusätzlicher Drall, den man dem Stein beim Abwurf erteilt, stabilisiert seine Neigung relativ zur Wasseroberfläche und läßt ihn besser springen. Bei jeder Kollision mit dem Wasser wirkt auf den Stein eine nach oben gerichtete Kraft. Zugleich verliert er ein wenig von seiner Bewegungsenergie. Ist der Stein schließlich zu langsam geworden, so reicht die Kraft beim Aufprall nicht mehr aus, ihn springen zu lassen, und er versinkt.

Um das Kieselhüpfen unter kontrollierten Bedingungen im Labor zu untersuchen, haben Christophe Clanet von der Universität Marseille und seine Kollegen eine besondere Maschine gebaut. Damit haben sie drei Millimeter dicke und fünf Zentimeter große Aluminiumscheiben auf eine Wasseroberfläche geschleudert. Wie die Forscher in der Zeitschrift "Nature" (Bd. 427, S. 29) berichten, konnten sie mit ihrer Maschine die Fluggeschwindigkeit der Scheiben und die Neigung der Flugbahn zur Wasseroberfläche variieren. Beim Abschuß wurden die Scheiben in schnelle Rotation von 65 Umdrehungen pro Sekunde versetzt und außerdem verkippt, so daß ihre Unterseite mit einem vorbestimmten Neigungswinkel auf die Wasseroberfläche prallte. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera haben die Forscher den jeweils ersten Hopser der auf das Wasser prallenden Scheiben aufgezeichnet.

Es zeigte sich, daß die Scheiben eine Geschwindigkeit von einigen Metern pro Sekunde haben mußten, um wenigstens einen Hopser zu machen. Die Mindestgeschwindigkeit hing stark von dem Winkel ab, mit dem die Scheibe gegen die Wasseroberfläche geneigt war. Am günstigsten war ein Winkel von zwanzig Grad. Hier reichte schon eine vergleichsweise kleine Fluggeschwindigkeit von 2,6 Metern in der Sekunde aus, die Scheibe hüpfen zu lassen. Wer keinen besonders kräftigen Abwurf hat, sollte also beim Kieselhüpfen den Stein mit dem magischen Neigungswinkel von zwanzig Grad abwerfen, um ihn wenigstens ein paarmal springen zu lassen.

Bei ihren Experimenten fanden die Forscher zudem heraus, daß man die Scheiben nicht zu steil auf die Wasseroberfläche werfen durfte. War die Flugbahn der Scheibe um mehr als 45 Grad gegen die Wasseroberfläche geneigt, so brachte die Scheibe nicht einmal einen einzigen Hopser zustande, sie versank sofort. Bei flacheren Flugbahnen passierte das seltener. Erfahrene Kieselwerfer stellen sich deshalb auch nicht an hohe Ufer, sondern an flache, und sie gehen auch schon einmal ins Wasser, um eine möglichst flache Bahn zu erzielen. Bei flachen Flugbahnen hüpften die Scheiben mit dem magischen Neigungswinkel am besten. Die mit der Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommenen Bilder zeigten, woran das lag. Für den magischen Neigungswinkel von zwanzig Grad war der Kontakt der hüpfenden Scheiben mit der Wasseroberfläche deutlich kürzer als für andere Neigungswinkel. Es wurden Kontaktzeiten zwischen zwanzig und fünfzig Millisekunden gemessen.

Je kürzer die Scheibe mit dem Wasser in Kontakt stand, desto weniger Bewegungsenergie verlor sie und desto mehr Sprünge konnte sie auf der Wasseroberfläche machen. Dasselbe gilt natürlich auch für ideal geformte Kiesel. Mit dem magischen Neigungswinkel von zwanzig Grad hat man also beim Kieselhüpfen die besten Aussichten, den bestehenden Weltrekord zu brechen. 

Text: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 07.01.2004, Nr. 5 / Seite N2

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