علت برگشت بومرنگ؟

[خورشید زمستان]

با سلام

با استفاده از قوانین دینامیک یا مکانیک سیالات حرکت بومرنگ را چگونه توجیه میکنید؟ با شکل و توضیح علمی لطفا

متشکرم

[payam]

چگونه بومرنگ به سوی ما باز می گردد؟

یكی از اسلحه های قدیمی و عجیبی كه تا كنون بشر ساخته بومرنگ است. واژه ی « بومرنگ » از قبیله ای در « ویلز جنوبی جدید » به یادگار مانده كه مردم آن جا از روزگار قدیم این اسلحه را به همین نام می خواندند.
گرچه بومرنگ چیزی بیش از یك چماق سر كج نیست، ولی سال ها علم را دچار معما ساخته بود. كسی نمی دانست چرا و چگونه وقتی كه آن پرتاب می شود این گونه در هوا چرخ می خورد.
اسلحه بومرنگ را قبایل وحشی استرالیا، شمال شرقی افریقا و جنوب هندوستان و نیز سرخ پوستان « هوپی » در آریزونا، به كار می بردند.
بومرنگ، بر دو نوع است:
1 - بومرنگی كه باز می گردد.
2 - بومرنگی كه باز نمی گردد.
بومرنگی كه باز نمی گردد شكلش تقریباً راست بوده، وزنش هم سبكتر از بومرنگ نوع اول است.
این نوع بومرنگ اسلحه كشنده ای است و می گویند بومیان با پرتاب آن می توانند حیوان كوچكی را از وسط دو نیم كنند.
اما بومرنگی كه باز می گردد همان است كه در جهان بیشتر شناخته شده. بومیان استرالیا بیشتر آن را اسباب بازی می دانند نه یك اسلحه جدی. البته گاهی با پرتاب آن پرندگان كوچك را می كشند.
این نوع بومرنگ از چوب سفتی ساخته می شود. شكلش خمیده است، به طوری كه زاویه ای بین 90 تا 120 درجه تشكیل می دهد. یك طرف آن صاف و پهن است ولی طرف دیگرش را كوژ ساخته اند.
بازوان شخص پرتاب كننده، بر خلاف جهت یكدیگر، خیلی كم خم می شوند به طوری كه نسبت به سطح هموار فرضی كه از مركز بومرنگ امتداد می یابد باید فقط حدود 2 درجه فاصله داشته باشد. آنگاه بر اثر فشار هوایی كه بر سطح محدب بومرنگ وارد می آید و نیز به كمك تابی كه به هنگام پرتاب شدن بر می دارد، دایره ای در فضا می سازد كه دوباره به سوی پرتاب كننده اش، باز می گردد. خانه به دوشان وحشی استرالیا با پرتاب بومرنگ صحنه بسیار جالبی پدید می آورند. آنان به گونه ای آن را پرتاب می كنند كه تا 10 متر در خط مستقیم می رود، سپس دایره ای به قطر 15 متر در هوا می سازد و دوباره به سوی پرتاب كننده باز می گردد. آنان حتی می توانند بومرنگ را به گونه ای پرتاب كنند كه نخست با زمین تماس بگیرد، سپس در هوا دایره ای بسازد و آن گاه به سوی پرتاب كننده باز گردد.
بومرنگ را در حالی كه مچ دست به طرف پایین خم شده پرتاب می كنند.
در ضمن، برخی از بومرنگ ها چنین شهرت گرفته اند كه می توانند پیش از بازگشت، 130 متر در هوا سیر كنند.

---------------

چرا بومرنگ برمي‌گردد؟

برخلاف ملخ هلي‌كوپتر و هواپيما كه زماني شروع به چرخش مي‌كند كه خود وسيله كاملاً ساكن باشد، شما بومرنگ را .پرتاب" مي‌كنيد. بنابراين بومرنگ علاوه بر حركت چرخشي ملخ، يك حركت چرخشي در هوا هم دارد. هر كدام از لبه‌هاي بومرنگ كه در سمت بالاي محور چرخش آن قرار داشته باشد، در جهت پرتاب بومرنگ مي‌چرخد و سرعت چرخش آن با سرعت حركت بومرنگ جمع مي‌شود، در حالي كه لبه ديگر در خلاف آن جهت مي‌چرخد. اين به آن معناست كه با اينكه هر دو لبه با يك سرعت مي‌چرخند، اما سرعت حركت يكي در هوا بيشتر از ديگري است. اين تفاوت سرعت باعث ايجاد دو نيروي متفاوت از سمت دو بال بومرنگ مي‌شود و برآيند اين دو نيرو، نيرويي مي‌شود كه از سمت بالاي محور چرخش به بومرنگ وارد مي‌شود. حالا براي امتحان، يك چرخ برداريد و وقتي در حال چرخيدن است، نيرويي از سمت بالا به آن وارد كنيد. چه اتفاقي مي‌افتد؟
چرخ به سمت راست يا چپ منحرف مي‌شود، يعني نيرويي كه به جسمي ساكن وارد مي‌كنيد با نيرويي كه به همان جسم در حال چرخش وارد مي‌كنيد، دو اثر كاملاً متفاوت دارد. دليل آن هم اين است كه قبل از اينكه نيرو بتواند اثر كند، نقطه اثر آن به علت چرخش چرخ مي‌چرخد و در حقيقت نيرو به جاي بالا از سمت جلو وارد مي‌شود. همين مسئله در مورد بومرنگ نيز صادق است، يعني نيرويي كه در اثر عدم تساوي سرعت حركت دو بال در هوا ايجاد شده، اگرچه از سمت بالا به بومرنگ وارد مي‌شود، اما باعث مي‌شود بومرنگ به سمت چپ يا راست منحرف شود. به اين ترتيب بومرنگ كم كم به يك سمت چرخيده و با طي كردن يك مسير دايره‌اي، به دست شما برمي‌گردد.
بومرنگ را مي‌توان به شيوه‌هاي متفاوتي پرتاب كرد، اما نكته مهم اين است كه آن را درست پرتاب كنيد، يعني با توجه به نيروهايي كه به آن وارد مي‌شود، با يك سرعت و زاويه مناسب آن را طوري پرتاب كنيد كه يك مسير دايره شكل را طي كرده و به دست شما برگردد. در حقيقت شكل و طراحي مناسب بومرنگ فقط نيمي از كار است. بومرنگ خودش پرواز نمي‌كند، شما بايد آن را درست پرتاب كنيد!