Это традиционное оружие австралийских аборигенов не нуждается в представлении. Думаю многие задумывались над вопросом: что заставляет бумеранг возвращаться к месту броска? Давайте разбираться в этом вместе.
Вообще сразу оговорюсь, что далеко не все бумеранги возвращаются. Значительная часть боевых бумерангов аборигенов Австралии были не возвращающимися, однако в этой статье поговорим о возвращающихся.
Самые ранние находки бумерангов имеют возраст более 30 тысяч лет, а наскальные рисунки изображающие людей .с бумерангами датируются возрастом в 50 и более тысяч лет. Бумеранги не являются чисто австралийским изобретением. В разных формах они были распространены по всему миру: Сибирь, Карпаты, Египет, Ирландия, Мексика, Япония. Вот далеко не полный список мест, где были найдены ископаемые бумеранги.
Благодаря своей уникальной аэродинамической форме бумеранг может пролетать значительное расстояние, дальше, чем человек может метнуть копьё или дротик.
Что заставляет бумеранг возвращаться?
Будем рассматривать стандартный бумеранг с двумя крыльями как на картинке ниже. Бумеранги с большим количеством крыльев возвращаются по ровно тем же причинам, но для простоты ограничимся случаем с двумя крыльями.
Бумеранг, по большому счёту является простейшим гироскопом. Аэродинамические силы действующие на бумеранг создают крутящий момент, которые и вызывают прецессию нашего «гироскопа» и заставляют его двигаться по круговой траектории.
Давайте взглянем на то, какие силы действуют на бумеранг. Центр бумеранга движется с постоянной скоростью V при этом бумеранг вращается с постоянной угловой скоростью w.
Крыло, направление движения которого при вращении бумеранга совпадает с направлением движения бумеранга как единого целого будет двигаться со скоростью V + aw, а второе крыло — со скоростью V - aw, где a – радиус бумеранга.
В результате разницы скоростей первое крыло будет генерировать большую подъемную силу, чем второе.
Совокупность этих сил, действующая на вращающийся с угловой скоростью w бумеранг-гироскоп, будет вызывать постоянную прецессию Ω (т.е. изменение направления момента импульса бумеранга). Т.е. говоря проще бумеранг будет постоянно поворачивать, т.е. двигаться по дуге с радиусом R.
В результате бумеранг начинает описывать дугу и возвращается к месту, откуда он был брошен. Стоит отметь, что даже возвращающийся бумеранг далеко не всегда возвращается именно туда, откуда был брошен.
Радиус дуги, по которой будет двигаться бумеранг зависит от многих факторов, таких как момент инерции бумеранга, сопротивление среды (воздуха, в том числе возможный встречный, попутный или боковой ветер), коэффициент подъемной силы бумеранга и т.д.
Поэтому, чтобы научиться бросать бумеранг так, чтобы он всегда возвращался к вам могут понадобиться продолжительные тренировки и выработка некоторой сноровки.
Источники:
1. Hugh Hunt. Unspinning the boomerang
2. Ernie Esser. What makes boomerang come back?
3. Boomerang as Vector Rotation Example
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!