Ads 468x60px

понедельник, 23 апреля 2018 г.

Що таке бумеранг

Бумеранг не дає досі спокою багатьом поколінням вчених. Пояснити його політ виявилося справою далеко не простою. Що ж змушує це нехитре пристосування здійснювати хитромудрий політ?

Відповідь може дати тільки аеродинаміка: адже бумеранг, запущений в вакуумі, летів би як звичайний камінь, підкоряючись лише силі тяжіння.

Бумеранг кидають, надавши йому велику швидкість (до 100 кілометрів, в годину), тримаючи строго вертикально. Спочатку він летить паралельно землі, потім злітає вгору, поступово ухиляється вліво і, описавши плавну дугу, повертається до однієї точки. Іноді він «малює» в повітрі більш химерну лінію, що нагадує вісімку. Майстерний мисливець може кинути бумеранг на відстань до 150 метрів. При цьому бумеранг злітає вгору майже на висоту п'ятиповерхового будинку. Найдавніша математизація принципів аеродинаміки!

Всім відома задача з шкільного курсу: обруч котиться по підлозі з певною швидкістю. Треба знайти швидкість верхньої точки обруча. Виявляється, вона вдвічі більша швидкості обруча. Швидкість обертання і швидкість руху склалися. Аналогічно і з бумерангом. Його переднє «плече» рухається як би швидше, а заднє - повільніше.

В цьому випадку і аеродинамічні сили нерівні. Виходить «палиця з двома силах». Ці сили дають імпульс, який прагне нахилити бумеранг. Тому він злегка нахиляється і продовжує політ. В чому справа? Повернемося знову до елементарної фізики. Спробуйте трохи відхилити обертається дзига від осі обертання. Він не впаде. Але верхівка почне описувати невеликі кола - по-науковому, прецессировать. Ви вже здогадалися, що мова йде про гіроскопічний ефект. Бумеранг обертається досить швидко, тому аналогія з гіроскопом до нього цілком застосовна. Аеродинамічні сили дійсно відхиляють вісь обертання, але на невеликий кут. Гіроскопічний ефект не дає йому падати. В результаті бумеранг трохи нахиляється, і підйомна сила вже не горизонтальна, а «нахилена». З'являється складова, що діє вертикально, і бумеранг забирає вгору і вбік. Нарешті, опір повітря і сила земного тяжіння роблять свою, і метальний снаряд слухняно повертається. Адже він «працює», як гіроскоп, - вісь його обертання рухається по котра утворює величезного конуса, а центр обертання описує замкнену криву. Так з'ясувалося, що в незвичну поведінку бумеранга «винні» аеродинаміка і гіроскопічний ефект.

Коли вся фізика руху бумеранга стала ясно проглядатися, настав наступний етап дослідження: розрахунок і порівняння з експериментом. Рівняння руху бумеранга виявилися настільки складними, що довелося кликати на допомогу комп'ютер. Після рішення рівнянь, що описують якийсь уявний, намальований на папері бумеранг, знову ж на папері машина зобразила його траєкторію. Далі потрібен був експеримент. Але як «намалювати» траєкторію стрімко летить, що обертається бумеранга? Завдання не з легких. Рішення прийшло несподіване і дотепне. Потрібно зробити траєкторію «видимої». Для цього в центрі бумеранга зміцнили лампочки і запускали його вночі. Далі працювала кінокамера. Так ще одне «явище природи» отримало строго наукове тлумачення.

Схожi статтi: