Бумеранг. Как влияет форма тела на полет.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

лицей № 11 имени Вячеслава Владимировича Рассохина

Проектная работа

по теме:

«БУМЕРАНГ. КАК ВЛИЯЕТ ФОРМА ТЕЛА НА ПОЛЕТ»

предмет:         физика

вид проекта: научно-исследовательский

Выполнила:

ученица 9 класса

Мокерова Анна Константивновна

Руководитель:

учитель физики

Мкртычян Елена Георгиевна

г.Армавир

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Я думаю, что слово бумеранг знакомо всем людям на Земле. Это оригинальное оружие известно своей способностью, описывая странные и запутанные фигуры в воздухе, возвращаться назад к бросающему. Раньше люди использовали бумеранг для охоты, чтобы прокормить себя и свою семью, но сейчас его использует в различных целях. Метание бумерангов является одним из самых популярных видов спорта, проводятся своеобразные чемпионаты мира, собирающие со всех концов земли приверженцев древнего боевого искусства. Также одно не менее важное предназначение бумеранга - его включают в программу физической подготовки для людей, проходящих реабилитацию после операций, с ограниченными физическими возможностями, прикованными к инвалидной коляске. В нашей стране бумеранг весьма экзотическое оружие. Очень трудно развивать этот вид спорта на новом месте. Хотя Российское законодательство относят бумеранг к спортивному оружию, но никак его не квалифицируют и не запрещает изготавливать. Научные поиски в области аэродинамики бумеранга бесконечны. Российский учёный Аркадий Немов открыл и доказал, что в форме бумеранга летать могут все предметы.

Меня заинтересовала эта тема, поэтому изучив материалы и разные способы применения бумеранга, я хочу рассказать об этом удивительном предмете подробно.

Цель работы: рассмотреть полёт разных форм бумерангов и на основе наблюдений сделать выводы о траектории его полёта (возвращение).

Задачи:

-сконструировать и провести испытания моделей бумерангов;

- ознакомиться с научной литературой и основами аэродинамики;

-проанализировать как влияет форма тела на летательные  

  характеристики.

Методы исследования: получение информации с помощью изучения книжных источников и сети Интернет, создание экспериментальных моделей, анализ наблюдений и опытов.

Гипотеза: можно предположить, что полёт бумеранга зависит от его формы.

Актуальность: сегодня метание возвращающегося бумеранга является видом спорта. Но запускать бумеранг не так просто, как кажется на первый взгляд. Чтобы после броска он вернулся обратно к бросающему, спортсмен должен обладать определёнными навыками и умениями.

1.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1.История появления

Первые европейцы, попавшие в Австралию в конце восемнадцатого века, обратили внимание на оригинальное оружие местных охотников – бумеранг. Название «бумеранг» впервые зафиксировали английские моряки в 1875 году. Оно происходит от восклицания наблюдателя за полётом удивительного снаряда: «Оу-мурранг» - «Я этого не понимаю!» То есть бумеранг - это «нечто непонятное»

Многие ошибочно думают, что родина бумеранга – Австралия. Но на самом деле точно определить его происхождение невозможно. В прошлом их использовали на территории Древнего Египта, Южной Индии, Юго-Восточной Азии. Самые древние образцы найдены на территории нынешней Польши, и то - фрагменты из кости и дерева. Откуда и как они там оказались - неизвестно. А вот два более «свежих» образца древнеегипетского происхождения можно увидеть в музее им. А. С. Пушкина. 

Искусно брошенный рукой охотника бумеранг, вращаясь, описывал сложную дугу и возвращался к его ногам. Австралийцы охотились с бумерангом на птиц и кенгуру. Люди, которые в то время уже умели строить корабли и имели огнестрельное оружие, долго не могли найти объяснения странному полету бумеранга. Разгадка была найдена лишь полтора века спустя, когда появилась новая отрасль физики – аэродинамика.

1.2.Почему летает бумеранг?

Аэродинамика (от греческих слов aer – воздух и dinamis – сила) – это наука о силах, возникающих при движении тел в воздухе. Воздух, благодаря своим физическим свойствам, сопротивляется продвижению в нем твердых тел. Поэтому, между телами и воздухом возникают силы взаимодействия, которые и изучаются аэродинамикой. Аэродинамика является теоретической основой современной авиации. Любой летательный аппарат, летит, подчиняясь её законам. Почему же бумеранг описывает странные и запутанные фигуры? Какие на него действуют силы?

 Из-за несимметричности профиля плеч у него, как и у крыла самолета, возникает подъемная сила F. Кроме того, на плечо бумеранга действует еще сила сопротивления воздуха Q.

Результирующая этих двух сил стремится развернуть его. Величина каждой из этих сил пропорциональна квадрату скорости, и понятно, что они не равны, если рассматривать два плеча. В верхней точке скорость полета бумеранга I складывается со скоростью вращения U, а в нижней вычитается.

Таким образом, бумеранг испытывает действие сил F и сил сопротивления, стремящихся развернуть его вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Но этого перемещения при запуске не происходит, потому что бумеранг, очень быстро вращаясь, приобретает устойчивость волчка или юлы.

1.3.Виды бумерангов.

Важно знать, что не все модели бумерангов имеют способность возвращаться к бросающему. Существует два типа бумерангов: возвращающиеся и прямолетящие (невозвращающиеся).

Прямолетящий бумеранг - большой и тяжёлый и в полёте похож на вращающийся винт вертолёта. Их длина — 65—90 см и вес — до 1 кг. Эти дубинки часто плоские, но далеко не всегда имеют изгиб. Они способны только на прямолетящий полёт. Данное оружие использовалось больше как военное, но иногда и как охотничье, для охоты на кенгуру и эму. Бросают боевые бумеранги горизонтально или прямо по цели, или стараясь, чтобы он ударился одним концом о землю за 20—25 м от цели, а затем отскочил в цель.

Возвращающиеся бумеранги - обычно такой бумеранг имеет меньший вес, размер и толщину, более изогнутую форму и крылья, похожие на самолётные. При промахе бумеранг быстро прилетает охотнику в руки, и он может повторить бросок.

 Сегодня, основное предназначение возвращающегося бумеранга – это спорт. На самом деле, бросить бумеранг так, чтобы он полетел и вернулся не так просто, как кажется на первый взгляд. Метание бумеранга - это настоящее искусство. В основе броска бумеранга лежит умение управлять своим телом в пространстве вокруг центра масс. При броске метатель бумеранга должен учитывать множество обстоятельств: вес и аэродинамику конкретного снаряда, угол наклона при отрыве от кисти, делать поправку на ветер и т. п.

1.4.Как правильно запускать.

Для начала необходимо научиться захватывать данный снаряд  [1].

С одной стороны поверхность таких приспособлений плоская, а с другой выпуклая (лицевая поверхность). Удерживать бумеранг необходимо таким образом, чтобы большой палец рабочей руки располагался на лицевой поверхности. Не менее важно научиться правильно его запускать. Самая распространенная ошибка - запустить бумеранг так, как работают серпом. Так держать бумеранг неправильно. Бумеранг необходимо бросать почти перпендикулярно (под прямым углом) к линии горизонта, с небольшим наклоном вправо. Чтобы рассчитывать на возвращение снаряда обратно, бросок должен быть целенаправленным и сильным. Подкручивать бумеранг вверх не стоит. Вылетев из рук со стремительной силой, снаряд самостоятельно наберет необходимую высоту и вращение. 

Рис.1

1.5. Траектория полёта

В начале полёта бумеранг занимает почти вертикальное положение, но в конце пути летит по горизонтальной траектории. Это объясняется тем, что силы, рассмотренные выше, заставляют бумеранг постепенно поворачиваться, чем и объясняется столь сложная траектория его полета.

1.6. Это интересно

Японский астронавт Такао Дои, находящийся на «Международной космической станции», в свободное от работы время запустил бумеранг, который вернулся к нему даже в состоянии невесомости.

Эксперимент проводился в американском модуле МКС. Дои запускал бумеранг, сделанный из бумаги, в вертикальном положении. По его словам, «он полетел прямо как на земле, что весьма удивило и впечатлило меня»

До эксперимента считалось, что для возвращения бумеранга необходима гравитация и что в ее отсутствие он полетит вверх.

Как говорит чемпион мира по метанию бумеранга Ясухиро Тогаи, который и попросил астронавта провести данный эксперимент, есть вероятность, что гравитация играет не очень большую роль в возвращении бумеранга и что Дои метал его с поправкой на невесомость [2].

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Создание разных моделей

Для того чтобы подтвердить поставленную выше гипотезу, необходимо убедиться в правильности моих рассуждений на опыте.      Проведём эксперимент. Сконструируем разные модели бумерангов и сравним их полёт

Приборы и материалы: бумага, ножницы, клейкая лента, линейка.

Методика: 

Бумеранги я собирала путем складывания, из одного листа бумаги и картона формата А4 с использованием разрывов и разрезов, с применением вспомогательных материалов для крепления (скотча, клея) или обходилась без них. Модель 3 собиралась при помощи техники оригами.

Рекомендации по изготовлению: чтобы правильно сделать возвращающийся бумеранг важно знать, что большое значение на его полёт оказывает используемый материал и градус изгиба закрылок. Чем будет толще картон, тем лучше будет лететь и возвращаться бумеранг за счет большей своей массы. При загибе лопастей следует помнить, что чем больше загиб, тем быстрее возвратится бумеранг, а чем меньше загиб, тем дальше он улетел.

Создадим первую модель (модель1) - четырехлопастной бумеранг с закрылками. Потребуется лист формата А4, лучше если это будет плотная бумага или картон. Для начала согнём его пополам и разделим на две равные части, одну откладываем и работаем со второй. Затем складываем вторую по диагонали, разгибаем и складываем левый и правый        концы листа к центральному сгибу. Сгибаем в таком положении получившуюся конструкцию вдвое. Тоже самое делаем и с первой половиной листа. Далее необходимо сложить вдвое одну из двух частей бумеранга так, чтобы в центре была видна линия, которую соединеняем скотчем. И для того чтобы правильно склеить две части помечаем карандашом по бокам место прикрепления. Следующим этапом нужно будет сделать закрылки. Подрезаем каждую лопасть на 3-5 мм по краям и сгибаем их. Наглядный пример как сделать модель 1, (Приложение 1).

Создадим вторую модель (модель 2) - четырехлопастной бумеранг. Сначала я распечатала на принтере на листе формата А4 бумажный шаблон, перенесла контур на картон, вырезала отдельно каждую лопасть и склеила их вместе по схеме бумажным скотчем. Наглядный пример как сделать модель 2, (Приложение 2).

Создадим третью модель (модель 3) - трехлопастной бумеранг (оригами). Потребуется листы формата А4 трёх цветов. Бумеранг состоит из трёх частей разных цветов, которые в конце изготовления всех её деталей собираются вместе в одну модель. Итак, по примеру конструирования первой лопасти красного цвета будем собирать все остальные части бумеранга. Наглядный пример как сделать модель 3, (Приложение 3).

Создадим четвёртую модель (модель 4) - трехлопастной бумеранг. Сначала я распечатала на листе формата А4 бумажный шаблон. Затем я перенесла контур бумеранга на картон и вырезала его. Наглядный пример как сделать модель 4, (Приложение 4).

Создадим пятую модель (модель 5) - двухлопастной бумеранг. Потребуется лист бумаги формата А4. Сгибаем его пополам так, чтобы длина осталась неизменной, а ширина сложилась вдвое, и по сгибу разрезаем на две половины, одну откладываем. Затем складываем вторую половину пополам по диагонали. Далее разворачиваем лист и сгибаем левую и правую половины пополам к центральному сгибу так, чтобы этот сгиб был виден. Складываем в таком положении получившуюся конструкцию вдвое. После этого, там, где находиться линия сгиба подворачиваем его концы, так как это мы делаем у самолётика. Затем разворачиваем уголки и заправляем их внутрь по линиям сгиба. Далее разворачиваем лист, чтобы левая и правая половины оставались согнуты к центральному изгибу. После этого нужно отвернуть правую часть. Там должны быть видены линии складок в виде ромба, который необходимо сложить, так чтобы получился треугольник. Наглядный пример как сделать модель 5, (Приложение 5).

Итак, для экспериментов я изготовила пять моделей бумеранга и произвела их запуск (Приложение 6).

2.2. Наблюдения и опыты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе эксперимента, выдвинутая мною гипотеза подтвердилась: наилучшими полетными характеристиками (а именно возвращающийся тип полета) обладают бумеранги с определенной формой.

В настоящее время бумеранг используют в качестве игрушки или как спортивный снаряд. Его легко сделать самому, используя доступные материалы. Проведя серию вышеописанных экспериментов, я пришла к выводу, что летные характеристики бумеранга зависят от его формы. В ходе испытаний модель 3 летела дальше других, но не возвращалась обратно. Модели 1,2,4,5 показали одинаковые результат – всегда возвращались.

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Никулин А. П. Сборник лучших моделей из бумаги (оригами). Искусство складывания из бумаги. – М.: Терра – Книжный клуб, 2005, 68 с.

2.http://fb.ru/article/228655/kak-zapustit-bumerang-poleznyie-sovetyi

3.http://class-fizika.ru/n0105.html

4.https://www.syl.ru/article/153832/new_kak-sdelat-bumerang-iz-bumagi-ili-dereva-poshagovaya-instruktsiya

5. https://novate.ru/blogs/060217/39945/

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Изготовление бумеранга, модель 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Изготовление бумеранга, модель 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Изготовление бумеранга, модель 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Изготовление бумеранга модель 4

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Изготовление бумеранга модель 5

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Запуск бумерангов