Первые бумеранги появились более десяти тысяч лет назад. Первоначально они использовались австралийскими аборигенами для охоты и ведения боевых действий.
Сейчас бумеранг – популярная во всём мире игрушка. Но почему он возвращается назад?
Дело в его форме. Прежде всего, каждая лопасть бумеранга в сечении имеет форму, схожую с крылом самолёта. Такая форма называется аэродинамическим профилем. Она напоминает вытянутый овал: нижняя сторона более плоская, а верхняя — изогнутая.
Воздух, который проходит над верхней стороной аэродинамического профиля, движется быстрее, чем воздух, проходящий под ним. Быстро движущийся воздух имеет меньшую плотность, чем воздух под крылом, что создаёт разницу в давлении воздуха. И, соответственно, подъемную силу, благодаря которой и самолёты, и бумеранги могут долго находиться в полёте.
Но это объясняет, почему бумеранги летают. Чтобы понять, почему они возвращаются, нужно понять, как правильно бросить бумеранг. Перед броском бумеранг держат вертикально, и бросают, сильно закручивая в воздухе – со скоростью несколько оборотов в секунду.
Правильно брошенный бумеранг в течение всего полета совершает два разных движения. Первое — это поступательное движение (вперёд, точно так же, как теннисный мяч). Второе — это вращение. Однако по ходу он меняет характер своего движения, так что разобьем весь полет на два этапа:
- на первом этапе он переходит из вертикального положения в горизонтальное;
- на втором - движется по дуге и возвращается обратно.
Первый этап. Верхняя часть бумеранга движется быстрее, потому что её скорость состоит из поступательного движения плюс скорость вращения. Нижняя часть движется медленнее, потому что она движется со скоростью поступательного движения минус скорость вращения.
Поэтому верхнее крыло создает бо́льшую подъёмную силу, чем нижнее. Возникает поворачивающий момент, вот только бумеранг вращается очень быстро, как гироскоп. Поэтому приложенный момент сил довольно необычно поворачивает ось бумеранга, и он переходит в горизонтальное положение, ложится.
Начинается второй этап полета. По-прежнему разные стороны бумеранга движутся с разными скоростями и на разные части действует разная подъемная сила. Но теперь это приводит к небольшому крену бумеранга, так что он начинает закруглять свою траекторию так же, как поворачивающий самолет (или как наклоненный велосипед, когда едешь на нем без рук). В итоге бумеранг описывает полный круг и возвращается в то же место.
Нужно понимать, что один этап плавно переходит во второй. Это мы только для упрощения разбили весь полет на две разных части.
Резюме
Возврат бумеранга — результат неравномерной подъёмной силы на его лопасти и гироскопического эффекта вращения. Именно их сочетание сначала кладёт бумеранг горизонтально, затем заставляет его плавно «заворачивать» по дуге и возвращаться к точке броска.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru и ozon.ru