RECEPT VOOR RECORD STEENTJES KEILEN IS GEHEEL DOORGEREKEND

Iedereen die wel eens steentjes op het water heeft laten kaatsen weet dat je daarvoor een vrij grote, platte steen moet nemen en die zo laag mogelijk weg moet gooien. Als de steen het wateroppervlak met voldoende grote snelheid raakt, heeft het water geen tijd genoeg om opzij te gaan en ondervindt de steen een tegenkracht, die hem weer de lucht in doet schieten, en dat meestal een aantal keren achter elkaar. Hoewel dat hele proces netjes gehoorzaamt aan de wetten van de klassieke mechanica, is het niet eenvoudig om theoretisch te beschrijven wat er precies gebeurt. De steen dringt bijvoorbeeld wel degelijk een beetje in het water door, zodat ook de beweging daarvan in beschouwing moet worden genomen. De Franse natuurkundige Lydéric Bocquet van de universiteit van Lyon heeft dat nu gedaan, omdat zijn achtjarig zoontje wilde weten hoe vaak je een steentje op het water kon laten ketsen (American Journal of Physics, febr).

Steentjes keilen is letterlijk een eeuwenoud gebruik. Al in de Griekse mythologie wordt een wedstrijd beschreven tussen Jason en Herakles. Wie het verst zijn schild de zee in gooide, zou het commando krijgen over het schip van de Argonauten. Herakles gooide met alle toch niet geringe kracht die hij in zich had, maar verloor omdat Jason zijn schild een groot aantal keren op het water liet ketsen. Tegenwoordig worden met name in de Verenigde Staten wedstrijden steentjes keilen gehouden. Het is dan de bedoeling een steen zo vaak mogelijk te laten kaatsen. Wereldrecordhouder is de Amerikaan Jerdone Coleman-McGee, die dat in 1992 voor het oog van de televisiecamera's 38 keer voor elkaar kreeg.

Bocquet bouwt zijn analyse van het verschijnsel stap voor stap op. Allereerst berekent hij hoe groot de liftkracht is die het water uitoefent. Als die kleiner wordt dan het gewicht van de steen zal deze zinken. Die voorwaarde leidt tot een minimale snelheid die een steen moet hebben om in elk geval één keer te kunnen ketsen: ongeveer een meter per seconde voor een steen van een tiende kilo en tien centimeter doorsnee. Dat is echter niet voldoende om de wrijving met het wateroppervlak te overwinnen. Als het energieverlies als gevolg van wrijving groter is dan de energie die de steen had, kan de steen niet verder. Het betekent dat de steen zo'n twee meter per seconde moet afleggen.

Snelheid is bovendien niet zaligmakend. Veel belangrijker is om de steen een draaiing mee te geven, die de oriëntatie stabiliseert. Voor een optimale kaats moet de steen namelijk onder een kleine hoek het water raken. Door de steen onder die hoek weg te gooien is het zeker dat dat de eerste keer het geval is, maar na iedere sprong verandert de oriëntatie. Een voorwerp dat snel roteert, is heel moeilijk uit balans te krijgen de reden dat je niet van je fiets valt als je eenmaal een zekere snelheid hebt. Door de steen een draaiing mee te geven, zorg je er dus voor dat hij zo lang mogelijk het wateroppervlak onder een zo goed mogelijke hoek raakt.

Omdat de rotatie van de steen onvermijdelijk afneemt, wordt het effect van deze `stabilisatie' met elke kaats minder. Bocquet laat zien dat dit uiteindelijk het aantal sprongen bepaalt. Daarbij laat hij overigens wel moeilijk te beschrijven factoren als de invloed van de wind of golven op het water buiten beschouwing. En voor wie een poging wil doen het wereldrecord aan te vallen, berekent hij nog wat daarvoor nodig is: een beginsnelheid van zo'n veertig kilometer per uur en veertien omwentelingen per seconde. Na publicatie was Boquet trots, maar zijn zoontje mopperde dat hij nog geen antwoord had.