【粒子法】Vol.47　石の水切り

2026年02月13日

はじめに

皆さんは河原で「水切り」に熱中したことはありませんか？大きすぎず、小さすぎない平らな石を選び抜き、手首のスナップを利かせて水面ギリギリへと投げる。上手な人が投げれば、石はまるで魔法のように何度も水面を跳ね、波紋を残して遠くまで進んでいきます。

一見シンプルな遊びですが、この現象は「物体と流体の複雑な相互作用」が支配する、流体力学における非常に奥深いテーマです。石が水面に衝突する瞬間の角度、速度、回転が、その後の挙動を大きく左右します。

今回は「石の回転がバウンドの継続性にどのような影響を与えるのか」を、検証してみました。

解析対象・解析条件

解析目的

経験則として知られている「回転をかけるとよく跳ねる」という現象を、アニメーション結果と、石の時刻歴データから評価します。

解析ケース

石のZ軸周りの回転の有無を比較します。
　ケース①：回転数0 rpm
　ケース②：回転数120 rpm

結果アニメーション

● 斜視図
左：回転数0rpm、右：回転数120rpmの斜視図の結果アニメーションを示します。

● 側面・上面
上：回転数0rpm、下：回転数120rpmの側面・上面の結果アニメーションを示します。

結果評価

● 石の高さ（位置ｚ）
石の速度の時系列データを示します。上からX,Y,Zの速度を示しています。

●石の位置zの時系列データを示します。
・回転 0rpm：0.06sに1回目のバウンド、0.26sの2回目のバウンドで沈みました。

・回転120rpm：0.06、0.26、0.53sで3回バウンド、0.76sの4回目のバウンドで沈みました。

まとめ

今回のシミュレーションから、「初期回転を与えることでジャイロ効果が働き、着水時の姿勢が安定してバウンド回数が増える」ことが示されました。今回は石の初期角度を 5°にしましたが、この角度（迎角）を少し変えるだけでも、水から受ける揚力が変わり、さらなる記録更新が狙えるかもしれません。

[From H. Yazawa]

使用したソフトウェア（Particleworks）

・流体解析ソフトウェアParticleworks（パーティクルワークス）製品ページ
https://www.sbd.jp/products/flow/particleworks.html

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