Закон Вселенной – «Бумеранг». Как все возвращается к человеку? Почему возвращается бумеранг и что у него общего с волчком

Наверняка многие из вас видели бумеранги лишь в кино. Там герой фильм бросает это "оружие" в противника, сносит ему голову, и бумеранг возвращается к хозяину. На самом деле вас обманывают. Если бумеранг ударился о какой-либо предмет, назад он не вернется, а лишь отскочит в сторону и упадет на землю. Так что такое бумеранг? Это одна из разновидностей метательной дубинки, которой человек пользуется уже около 100 тысяч лет. Когда-то они предназначались только для охоты.

В отличие от бумерангов, метательные дубинки не возвращаются к хозяину. Первые метательные снаряды, которые возвращались назад, были придуманы австралийскими аборигенами. Именно на основе метательных дубинок они изобрели бумеранги. Считается, что изначально аборигены Австралии использовали бумеранг для загона морских птиц в сети. Но есть и другая теория, согласно которой бумеранг был просто игрушкой.

Бумеранг выполнен в форме банана и может достигать в длину 1 метра. Современные бумеранги довольно легкие и весят до 100 г, так как выполнены из фанеры. Но форма банана - не единственная форма бумеранга, благодаря которой он возвращается назад. Они также могут быть в форме звезды, буквы Н или индейского томагавка.

Что заставляет бумеранг возвращаться назад к хозяину?
Физик Феликс Гесс еще с детства интересовался этим вопросом, а когда вырос, написал на эту тему целую книгу, которая состоит из 600 страниц. Согласно предположениям Гесса, бумеранг возвращается назад по двум причинам: из-за своей формы и из-за способа метания.

Представьте, что изогнутые плечики бумеранга - это крылья. Снизу они плоские, а сверху - выпуклые (как крылья самолета). Благодаря такой форме крыльев бумеранг заставляет воздух создавать подъемную силу. Однако крылья бумеранга отличаются друг от друга. Так, закругленные поверхности одного крыла смотрят вперед, а другого - назад. Если одно крыло самолета сделать задом наперед, он не сможет лететь прямо.

Вторая причина возвращения бумеранга- способ метания. Он заставляет его проделывать целую окружность в полете. Для этого перед метанием необходимо держать бумеранг вертикально, к тому же плоская его поверхность должна находиться дальше от метателя. Затем резким круговым движением нужно запустить бумеранг в воздух. Его начальная скорость должна быть не менее 10 км\час, а скорость вращения - 10 оборотов в секунду и выше. Если вы правша, то в полете бумеранг будет клонить влево. Это все равно, что кататься на велосипеде без рук: если вы наклоните корпус влево, то и руль повернется влево.

Автоматический поворот бумеранга влево заключается в способе обтекания его воздухом. При полете вперед создается тяга, толкающая его назад. Данная сила воздействует на бумеранг сверху вниз. И постепенно он поворачивается влево, переходя из вертикального положения в горизонтальное. Если бросать бумеранг правильно, то он всегда вернется к хозяину. Удачного запуска!

Бумеранг не дает до сих пор покоя многим поколениям ученых. Объяснить его полет оказалось делом далеко не простым.

Что же заставляет это нехитрое приспособление совершать замысловатый полет? Ответ может дать только аэродинамика: ведь бумеранг, запущенный в вакууме, летел бы как обычный камень, повинуясь лишь силе притяжения.

Бумеранг бросают, придав ему большую скорость (до 100 километров, в час), держа строго вертикально и сообщая быстрое вращение (примерно 10 оборотов в секунду). Сначала он летит параллельно земле, затем взмывает вверх, постепенно уклоняется влево и, описав плавную дугу, возвращается к одной точке. Иногда он «рисует» в воздухе более причудливую линию, напоминающую восьмерку. Искусный охотник может бросить бумеранг на расстояние до 150 метров. При этом бумеранг взлетает ввысь почти на высоту пятиэтажного дома. Древнейшая математизация принципов аэродинамики!

Всем известна задача из школьного курса: обруч катится по полу с определенной скоростью. Надо найти скорость верхней точки обруча. Оказывается, она вдвое большие скорости обруча. Скорость вращения и скорость движения сложились. Аналогично и с бумерангом. Его переднее «плечо» движется как бы быстрее, а заднее - медленнее.

В этом случае и аэродинамические силы неравны. Получается «палка о двух силах». Эти силы дают импульс, стремящийся наклонить бумеранг. Поэтому он слегка наклоняется и продолжает полет. В чем дело? Вернемся опять к элементарной физике. Попробуйте чуть отклонить вращающийся волчок от оси вращения. Он не упадет. Но верхушка начнет описывать небольшие окружности - по-научному, прецессировать. Вы уже догадались, что речь идет о гироскопическом эффекте. Бумеранг вращается достаточно быстро, поэтому аналогия с гироскопом к нему вполне применима. Аэродинамические силы действительно отклоняют ось вращения, но на небольшой угол. Гироскопический эффект не дает ему падать. В результате бумеранг чуть наклоняется, и подъемная сила уже не горизонтальна, а «наклонена». Появляется составляющая, действующая вертикально, и бумеранг забирает вверх и вбок. Наконец, сопротивление воздуха и сила земного притяжения делают свое, и метательный снаряд послушно возвращается. Ведь он «работает», как гироскоп, - ось его вращения движется по образующей огромного конуса, а центр вращения описывает замкнутую кривую. Так выяснилось, что в необычном поведении бумеранга «виноваты» аэродинамика и гироскопический эффект.

Когда вся физика движения бумеранга стала ясно проглядываться, наступил следующий этап исследования: расчет и сравнение с экспериментом. Уравнения движения бумеранга оказались столь сложными, что пришлось звать на помощь компьютер. После решения уравнений, описывающих некий воображаемый, нарисованный на бумаге бумеранг, опять же на бумаге машина изобразила его траекторию. Далее нужен был эксперимент. Но как «нарисовать» траекторию стремительно летящего, вращающегося бумеранга? Задача не из легких. Решение пришло неожиданное и остроумное. Нужно сделать траекторию «видимой». Для этого в центре бумеранга укрепили лампочки и запускали его ночью. Далее работала кинокамера.

Бумеранг - это одна из разновидностей метательной дубинки.

Такие дубинки известны на протяжение 10000 лет. Археологи находят их в захоронениях Древнего Египта. Индейцы хопи из Аризоны использовали еще недавно метательные дубинки для охоты на кроликов. Австралийские аборигены изобрели бумеранг - метательное орудие, которое после броска возвращается к бросившему его человеку Но в отличие от бумеранга, который мы знаем и любим, никакая другая мета тельная дубинка никогда не возвращается к бросившему ее человеку. Единственный в мире возвращающийся метательный снаряд был изобретен в Австралии.

Австралийские аборигены, жившие первобытным племенным строем (первые обитатели Зеленого континента), для охоты обычно пользовались заурядными не возвращающимися метательными снарядами. Но они же изобрели и возвращающийся бумеранг.

Некоторые ученые считают, что австралийские аборигены первоначально применяли бумеранги, что бы загонять в сети морских птиц. Другие, и, как ни странно, их большинство, утверждают, что бумеранг - это просто забавная игрушка. Обычный, выполненный в виде банана бумеранг может иметь в длину от 40 сантиметров до 1 метра. Современные бумеранги, как правило, изготовляют из фанеры, они очень легкие: 85 - 110 граммов. Чтобы возвращаться к метателю, бумерангу необязательно иметь форму банана. Он может быть в форме звезды, индейского томагавка и буквы «Н».

Так какая же сила заставляет бумеранг возвращаться? Нидерландский физик Феликс Гесс задумался над этим вопросом, будучи еще маленьким мальчиком. После того как он вырос и прилежно изучил в школе и университете математику и физику, он написал 600 - страничную книгу о том, почему бумеранг возвращается к хозяину. Гесс полагает, что бумеранг возвращается по двум причинам. Первая заключается в форме бумеранга, вторая - в способе метания.

Представьте себе, что два плеча изогнутого в форме банана бумеранга - это его крылья. Так же, как у крыльев самолета, нижняя их поверхность плоская, а верхняя - выпуклая. Такая поверхность заставляет воздух, который в полете обтекает бумеранг, создавать подъемную силу. Весь секрет заключается в том, что одно «крыло» бумеранга отличается от другого. Закругление криволинейной поверхности одного крыла смотрит вперед, а другого - назад. Это все равно, что приделать к самолету одно крыло задом наперед. Пилоту такого аэроплана не позавидуешь. Аэроплан так же, как и бумеранг, органически неспособен летать прямо.

Форма лопастей бумеранга возвращает его после полета к месту броска

Способ метания - вторая причина, заставляющая бумеранг описывать в полете окружность. Бумеранг перед броском держат вертикально. Плоская поверхность обращена от метателя. Затем резким круговым движением кисти бумеранг запускается в воздух. Начальная скорость бумеранга должна быть не менее 10 километров в час, а скорость вращения - не менее 10 оборотов в секунду. Брошенный правой рукой бумеранг в полете начинает постепенно забирать влево. Гесс предположил, что полет бумеранга напоминает езду на велосипеде «без рук». Когда при этом корпус наклоняют слегка влево, то переднее колесо также слегка поворачивается влево, даже если при этом не прикасаться к рулю.

В случае с бумерангом секрет его автоматического поворота влево заключается в способе, которым поток воздуха обтекает его лопасти. Сам бумеранг летит вперед, но когда одна лопасть идет вниз и назад, создается тяга, которая толкает снаряд назад. Вот эта сила, действующая на бумеранг сверху вниз, и играет в данном случае роль легкого наклона корпуса при езде на велосипеде. Мало - помалу бумеранг поворачивает влево. Вовремя полета он переходит из вертикального положения в горизонтальное и в конце полета выглядит, как маленький вертолет. Правильно брошенный бумеранг, описав окружность, падает к ногам хозяина.

Почему бумеранг возвращается обратно?

1. 40 секунд в воздухе, дальность прямого полета 114 метров, общая протяженность траектории около трети километра таковы рекордные показатели, зафиксированные международной ассоциацией метателей бумеранга.

   Кроме перечисленных рекордов, интересно упомянуть: максимальная длительность полета бумеранга 50,8 секунды, а также одновременное нахождение в воздухе 14 бумерангов, последовательно запущенных одним спортсменом!

   Это оригинальное оружие самое совершенное произведение техники первобытного человека долгое время вызывало удивление учных

   Бумеранг хорошо известен в силу своего своего свойства возвращаться назад, к месту, с которого был произведн бросок. В действительности этим свойством обладают далеко не все бумеранги - только так называемы возвращающиеся, да и реализуется оно только при надлежащем умении и с непременным учтом силы и направления ветра
   Бумеранг использовался аборигенами как игрушка для детей и излюбленный спортивный снаряд для молодежи будущих охотников. В играх и соревнованиях с бумерангом охотно участвовали и взрослые. Лишь в одном случае его применяли для охоты: устраивая облавы на стаи птиц, аборигены натягивали над землей сети, затем бросали бумеранг
   На разных языках австралийских аборигенов бумеранг именовался по-разному. Люди племени турууол обитатели долины Джордж-ривер, близ Сиднея, называли его бу-мар-ранг. Именно под этим именем бумеранг был в 1822 году впервые подробно описан, и именно под ним он стал известен сегодня во всех уголках планеты.

   Различные типы бумерангов:
   А боевой прямолетящий бумеранг; Б бумеранг пиль-пиль; В бумеранг кайли (при метании против ветра оба эти бумеранга способны возвращаться к метателю) ;
   Г охотничий возвращающийся бумеранг; Д и Е многолопастные возвращающиеся бумеранги.
   Форма возвращающегося бумеранга отличается от боевого большей изогнутостью (градусов до 50), меньшей относительной толщиной и близостью профиля плеч-крыльев к профилю самолтного крыла. Размер и вес поменьше, так что начальная скорость оказывается выше, чем у боевого.
   Бросают возвращающиеся бумеранги иначе, чем боевые - вращение им придают в (почти) вертикальной плоскости. Полт бумеранга для правши выглядит так. На начальном этапе бумеранг уклоняется влево и одновременно наклоняется направо.

   В какой-то момент он почти ложится направо и одновременно задирает переднюю часть круга вращения вверх, начиная резкое движение вверх-налево. Продолжая поворот налево, он снижается и поворачивает к месту броска. Если его не ловят, то бумеранг пролетает дальше и снова делает виток меньшего размаха. В идеале после нескольких витков он медленно опускается вблизи точки броска, продолжая довольно быстро вращаться - как крылатое семечко клна.

2. Бумеранг

   Особый метательный снаряд, обладающий свойством описывать при полете своеобразные кривые или лететь по замысловатой траектории и даже возвращаться к ногам бросившего его человека.

   Появился бумеранг у аборигенов - коренных жителей Австралии. Вначале это была обыкновенная палка. Мужчины, отправляясь на охоту за птицами или другой мелкой дичью, брали с собой по охапке разной формы палок. Кстати, далеко не все бумеранги обладали свойством, создавшим им известность, - возвращаться к бросившему его. Да оно и не было главным для воина или охотника.

   Но любой бумеранг от обычной палки отличало то, что для увеличения дальности его полета использовались свойства воздушной среды. Сопоставляя на протяжении веков формы метательных снарядов и их летательные свойства, аборигены Австралии смогли выявить те единственные очертания бумеранга, которые позволили ему двигаться именно так, а не иначе. В нашем представлении бумеранг - типично австралийское оружие, и древнейшим до сих пор считался бумеранг из Австралии, которому около 10 тыс. лет.

   Но вот совсем недавно польские археологи нашли в пещере на юге Польши бумеранг, изготовленный из бивня мамонта. По оценкам, ему около 23 тыс. лет. Это дугообразный кусок кости с одной выпуклой (необработанной) поверхностью и другой - плоской, сошлифованной. Бумеранги обнаружены сейчас на всех континентах, кроме Антарктиды. И все же почему столь загадочно ведет себя бумеранг?

   Оказалось, что траектория полета этого снаряда зависит от аэродинамических сил, действующих на его лопасти. Они влияют одновременно на два движения - поступательное и вращательное. Если не обращать внимания на изгиб, по которому мы узнаем бумеранг, то окажется, что этот снаряд весьма похож на воздушный винт. Поперечное сечение каждой лопасти мало отличается от профиля лопасти вертолетного несущего винта. Если запустить бумеранг - а бросают его правой рукой, взяв за ту лопасть, которая на рисунке показана черным цветом, - то бумеранг, вращаясь, полетит вперед.

   На лопасти, которая движется в ту же сторону, что и сам бумеранг, возникнет большая аэродинамическая сила, чем на той, которая в тот же момент летит в противоположном направлении. Поэтому при движении этот мета- тельный снаряд будет не только описывать окружность - своего рода вираж, но и изменять ориентацию в пространстве: запущенный в вертикальном положении, бумеранг приблизительно через две трети окружности повернется и будет вращаться уже в горизонтальной плоскости.

   Бумеранг хорошо известен в силу своего своего свойства возвращаться назад, к месту, с которого был произведн бросок. В действительности этим свойством обладают далеко не все бумеранги только т. н. возвращающиеся, да и реализуется оно только при надлежащем умении и с непременным учтом силы и направления ветра. Суды по раскопкам, аналоги бумеранга были известны многим народам. Вполне возможно, что в Австралии они сохранились только потому, что там не был изобретн лук гораздо более эффективное оружие охоты и войны. Сначала, видимо, был изобретн, как модификация метательной палицы, невозвращающийся бумеранг т. н. боевой. Его длина около метра, он изогнут в гораздо меньшей степени, чем его возвращающиеся родственники. Два его плеча уплощены (по сравнению с простой палкой) и имеют аэродинамический профиль, грубо напоминающий профиль винта вертолта: нижняя часть более плоская, чем верхняя, задняя кромка немного заострена по сравнению с передней. Его бросают почти горизонтально, придавая естественное для броска палки вращение но вокруг вертикальной оси. При правильном броске оружие летит почти параллельно земле на расстояние метров до двухсот, что обеспечивает повышенную вероятность поражения какой-либо цели из стада (обычная палка или камень могут поразить цель только вблизи места падения) . Форма возвращающегося бумеранга отличается от боевого бо? льшей изогнутостью (градусов до 50), ме? ньшей относительной толщиной и близостью профиля плеч-крыльев к профилю самолтного крыла.

3. Бумера#769;нг разновидность деревянной метательной палицы. В прошлом боевое и охотничье оружие в Древнем Египте, Южной Индии, Юго-Восточной Азии. У австралийских аборигенов распространены возвращающиеся бумеранги, представляющие собой изогнутую пластину с нижней плоской поверхностью и верхней выпуклой.
   Бумеранг хорошо известен в силу своего свойства возвращаться назад, к месту, с которого был произведн бросок. В действительности этим свойством обладают далеко не все бумеранги только т. н. возвращающиеся, да и реализуется оно только при надлежащем умении и с непременным учтом силы и направления ветра.
   Из-за вращения эта сила смещена направо и как бы стремится повернуть круг вращения налево. Однако вследствие гироскопического эффекта вместо этого наш круг поднимает передний край, и при надлежаще выбранных параметрах будем иметь картину полта боевого бумеранга. Для настоящих бумерангов действуют те же обстоятельства, но в других пропорциях, что и приводит к иной картине.

   Есть, однако, одна особенность настоящих бумерангов, про которую мне не удалось нигде прочитать авторотация и одновременно способность винта бумеранга работать как тянущего. Возьмм винт обыкновенного вентилятора. Если привести его во вращение, то воздух будет отбрасываться назад и наш винт будет тянуть, как винт вертолта перед взлтом. Выключим электромотор и сразу станем дуть в противоположную сторону. Наш винт через время остановится, а потом снова придт во вращение но уже в другом направлении. Не так ведт себя винт-бумеранг: вращение будет продолжено в том же направлении! В отличие от вертолта, когда из-за остановки двигатели приходится приземляться на авторотации, у бумеранга при этом не меняется направление вращения. Впрочем, никакой мистики, если обычное самолтное крыло обдувать в режимах, близких к максимальному аэродинамическому качеству, то полная аэродинамическая сила поворачивается вместе со скоростью набегающего потока.
   Интересные ссылки.

Бумеранги бывают совершенно причудливой формы. Мой фаворит - бумеранг Pacific Beach

Запускают бумеранг почти вертикально. Надо сильно бросить его вперед и при этом как можно сильнее закрутить.

Когда бумеранг вращается, то лопасти у него создают подъемную силу, направленную вбок перпендикулярно плоскости вращения и направлению броска. Но поскольку он не только вращается, но еще и летит вперед, то сила эта распределена неравномерно. Та лопасть, которая в данный момент находится вверху и идет вперед по направлению движения, тянет бумеранг вбок сильнее, чем та, которая находится внизу и идет против движения.

Скорость вращения верхней лопасти суммируется со скоростью движения бумеранга, и относительно воздуха она движется быстрее, это и увеличивает ее подъемную силу.

Ловить бумеранг надо плашмя ладонями двух рук, чтобы не пораниться. Или вообще не ловить, а уворачиваться, чтобы не получилось, как в фильме Mad Max 2.

Поскольку бумеранг быстро вращается, он работает, как - противится изменению угла вращения. Но поскольку на лопасти действует сила неравномерно, то возникает явление прецессии.

Прецессия - это то, что заставляет ось волчка вращаться под углом к поверхности. Сила тяжести тянет ось волчка вниз, но из-за быстрого вращения эта сила трансформируется в силу прецессии, которая действует перпендикулярно силе тяжести и поворачивает ось волчка по кругу. С бумерангом происходит то же самое, что и с волчком. Лопасти пытаются повернуть бумеранг в плоскости, параллельной полету, а из-за прецессии вместо этого отклоняет бумеранг от прямого курса.

Благодаря вращению и движению вперед бумеранг постоянно отклоняется от своего направления перпендикулярно плоскости вращения. А поскольку мы запускаем бумеранг почти вертикально, он постоянно поворачивает вбок, делает круг и возвращается обратно.

Бумеранг можно сделать и самому из любого куска плотной бумаги, например, из визитки. Для этого надо вырезать уголок визитки буквой Г и подогнуть лопасти против часовой стрелки. Чтобы запустить такой бумеранг, надо зажать его легонько за самый уголок и щелкнуть пальцами по лопасти.