Tätäkin huvia harrastettiin jo antiikin aikaan. Kuva MVPhotos
Tätäkin huvia harrastettiin jo antiikin aikaan. Kuva MVPhotos

Useaan pomppuun tarvitaan kierrettä ja sopiva kohtauskulma.

 Litteän kiven heittäminen viistosti veden pintaan niin, että kivi kimpoaa veden pinnasta, tunnettiin jo antiikissa. Heittotekniikoita kuvasi muun muassa roomalainen Marcus Minucius Felix teoksessaan Octavius.

Miksi kivet pomppaavat veden pinnasta? Yleensähän pomppivilta esineiltä edellytetään elastisuutta, taipumusta palata alkuperäiseen muotoonsa, kun jännitykset poistetaan. Kivessä ei tapahdu muodonmuutosta, eikä vedenpintakaan palaa osumasta suoraan ennalleen vaan aaltoilee.

Vuonna 2004 Nature-lehti julkaisi ranskalaisen fyysikon Lydéric Bocquet’n kirjoituksen, jossa paljastettiin leipien heittämisen salaisuudet. Artikkelin mukaan optimaalinen kiven ja vedenpinnan kohtaamiskulma on 20 astetta. Vaikka kiven heittäisi suoraan vaakatasossa, sen etureunan tulisi siis olla 20 astetta ylempänä kuin takareunan.

Tällainen tekniikka maksimoi pomput minimoimalla kontaktin veden ja kiven välillä, kertoo New Scientist -lehti. Mitä lyhyempi kontakti, sitä vähemmän energiaa kuluu.

Kivi ei kuitenkaan pysy yhtä pomppua pitempään oikeassa asennossa, ellei siinä ole kierrettä. Kun kiven takareuna osuu veteen, kontakti nostaa takareunaa suhteessa etureunaan. Kierre kiven pystysuuntaisen akselin ympäri tuottaa hyrrävaikutuksen, joka pitää kohtauskulman suotuisana vedestä pomppaamisen jälkeenkin.

Newtonin kolmas laki auttaa

Vaikkei leipien heiton fysiikkaa täydellisesti tunneta, pomppu voidaan ymmärtää  liikemäärän säilymisen ja Newtonin kolmannen lain seurauksina: jos kappaleeseen vaikuttaa toinen kappale jollain voimalla, niin samanaikaisesti kappaleen täytyy vaikuttaa toiseen kappaleeseen yhtä suurella, mutta suunnaltaan vastakkaisella voimalla.

Kun siis kivi vaikuttaa veteen alaspäin painavalla voimalla, vesi vaikuttaa kiveen yhtä suurella vastakkaisella voimalla. Kiveä nostava voima on verrannollinen veden tiheyteen, märkäpinnan alaan ja kiven eteenpäin suuntautuvan nopeuden neliöön.

Sen sijaan veden pintajännityksellä, joka auttaa esimerkiksi hyönteisiä kävelemään vetten päällä, ei ole merkitystä.

Myös kiven edellään synnyttämä keula-aalto voi toimia hyppyrinä, jonka avulla kivi nousee seuraavaan hyppyyn. Sekin lyhentää kiven ja veden kontaktia, säästää siten kiven liikemäärää ja auttaa maksimoimaan ”leipien” määrän.

Ennätysten kirjaan 51 leivällä

Kohtauskulman ja kierteen lisäksi ratkaisevaa on sopivan kokoinen ja muotoinen kivi. Rasvatyyni pinta ja mahdollisimman suuri lähtöno­peus ovat eduksi.

Naturen artikkelissa maailmanennätyksen uskottiin olevan 38 leipää heitolla, jonka lähtönopeus oli hieman yli 40 kilometriä tunnissa ja kierre 14 kierrosta sekunnissa. Russell Byars heitti kuitenkin sen jälkeen Pennsylvaniassa heinäkuussa 2007 käsittämättömät 51 leipää ja pääsi Guinnessin ennätysten kirjaan.

Marko Hamilo on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2014.