Бумеранг – это детская игрушка или оружие?

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Жилинская средняя общеобразовательная школа

Россошанского муниципального района

Воронежской области

Бумеранг –

оружие или игрушка

Проектно – исследовательская работа

Автор: Дегтярёв Андрей, 9 класс

Руководитель: Шелест Р.А.

учитель технологии и ОБЖ

Адрес: 396643, Воронежская область, Россошанский район,

с. Жилино, Ул. Центральная, 29

Телефон: 8-(47396)7-33-05

Е:mail: [email protected]

2016 -2017 учебный год

I. Введение 3

II. Теоретическая часть 4

1. История появления бумеранга 4

2. Типы бумерангов 7

3. Конструкция и принцип действия 8

4. Траектория движения бумерангов. 9

III. Практическая часть 10

1. Конструирование бумеранга 11

2. Запуск бумеранга и исследование его параметров 11

IV. Заключение 12

V. Список источников 13

Приложение 1 14

Приложение 2 15

Приложение 3 17

Приложение 4 18

«Сделанное тобой к тебе же и вернется».

Уинстон Черчилль

1. Введение

Бумеранг очень интересная вещь и прекрасное развлечение на свежем воздухе! Он позволяет развивать подвижность, ловкость и меткость. Многие, кто хоть раз видел его полёт, согласится, что бумеранг - это поистине удивительное изобретение человека, который чудесным или волшебным образом возвращается к бросающему.

Меня заинтересовало, бумеранг – это детская игрушка или оружие. Чтобы ответить на этот вопрос я решил поближе познакомиться с его историей и особенностями полета.

В своей работе я изучил историю происхождения бумеранга, его назначение и области применения, разновидности, классификацию, строение, выяснил, какие параметры влияют на движение бумеранга. Изучив специальную литературу, рассмотрев историю возникновения бумеранга, можно говорить о том, что он является хорошим пособием для изучения законов физики.

Цель работы: изготовить бумеранг и выяснить основные параметры, влияющие на его движение.

Задачи:

1. Познакомиться с историей бумеранга и его типами;

2. Смоделировать траекторию движения на языке программирования TurboPascal;

3. Изготовить бумеранги;

4. Проведение опытов и изучение параметров, влияющих на движение бумеранга.

Методы и приемы исследования:

1. поисковый – сбор, изучение и анализ информации о бумеранге, его истории, типах, изготовлении, запуске и применении;

2. конструкторский – выбор оптимальных доступных материалов для создания опытного образца модели;

3. экспериментальный – проведение комплекса испытаний устройства;

4. теоретический – анализ полученных результатов;

1. Теоретическая часть

1. История появления бумеранга

Среди множества вещей, пришедших к нам из глубокой древности, таких, как колесо, топор, стрела, бумеранг занимает особое место. Чтобы изготовить его, безвестному древнему изобретателю пришлось немало потрудиться. Ведь законы полета бумеранга стали известны лишь в последнее столетие, с появлением авиации.

Историческая родина бумеранга остается по-прежнему под вопросом.

Насколько известно сегодня, первая запись о бумеранге как таковом появилась на французском языке 12 декабря 1802 года. Британский морской офицер Франсис Луи Баралье (француз по происхождению) упоминает бумеранг в сноске к истории о том, как он искал дорогу в Синих горах, к западу от Сиднея. Баралье писал: «Они бросают его на землю или в воздух, заставляя его вращаться вокруг своей оси, да с такой скоростью, что уследить, когда он возвращается на землю, невозможно; слышен только свист рассекаемого воздуха». Примечательно, что Баралье не упоминает никакого названия, просто пишет: «кусок дерева в форме полукруга».

Считается, что бумеранг впервые показал колонистам абориген по имени Бунгари в Сиднее. Но и до него многие наблюдали полет бумеранга к западу от Сиднея. Неудивительно, что среди колонистов поползли слухи об оружии, способном поразить кенгуру и вернуться в руки охотника (любому, знакомому с законами физики, очевидна невозможность такого события). В общем, бумеранги были известны, но имени они не имели. Причина в том, что «большая часть аборигенов Австралии не знала возвращающихся бумерангов, и к тому же у них не было единого языка и письменности. Существовало 500−600 диалектов, в каждом из которых инструменты и оружие имели собственные названия. Например, возвращающийся бумеранг назывался «bigram» у одних, и «barragadan» у других народов. Слово «бумеранг» появилось только в 1822 году, в результате записи со слуха речи аборигенов племени Турувал (языковая группа Даруг). В их устах это слово звучало как «бу-мар-ранг». Кстати, слово «коала» пришло из того же языка Даруг.»¹

Из других источников, 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».

Бумеранг появился практически одновременно во многих странах и на нескольких континентах. Человек приспособил его для метания намного раньше лука, даже раньше пращи. Как полагают исследователи, создали бумеранг случайно, метнув обломок сука изогнутой формы или аналогичный корень дерева. Судя по раскопкам, аналоги бумеранга были известны многим народам. Вполне возможно, что в Австралии они сохранились только потому, что там не был изобретён лук -гораздо более эффективное оружие охоты и войны.

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. Крутясь над землей, он летел со страшным свистом, вспугнутые птицы взлетали и запутывались в сетях.

Проследим историю бумеранга на других континентах и странах.² (Таблица 1.)

Таблица 1.

История бумеранга.

Самая древняя «бумерангоподобная» находка была обнаружена на территории Польши (пещера Oblazova в центральных Карпатах), ее возраст насчитывает более 20 тысяч лет, причем это метательное орудие было изготовлено из бивня мамонта. Эксперименты с репликой этой древности, сделанной из современных материалов, показали великолепные «летные» качества орудия.

Таким образом, не только в Австралии бумеранг имеет более чем 20-тысячелетнюю историю. Бумеранг выступал как оружие для охоты и защиты от врагов. Ученые признают бумеранг не просто оружием, а первым в мире летательным аппаратом. Это действительно так: предмет, который весит больше воздуха, способен не только лететь, но и возвращаться в точку вылета.

1. Типы бумерангов

Рис.1. 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.

Какой бы формы ни были бумеранги, они разделяются на два вида:

Невозвращающийся бумеранг - боевая модификация метательной палицы, длиной около метра, изогнут в гораздо меньшей степени, чем его возвращающиеся родственники. Такой бумеранг бросают горизонтально, придавая естественное для броска палки вращение вокруг вертикальной оси. При правильном броске оружие поднимается на высоту до 15 м и летит параллельно земле на расстояние до двухсот метров, что обеспечивает повышенную вероятность поражения цели.

Возвращающиеся бумеранги представляют собой изогнутую пластину, образующую две лопасти неравной длины, нижняя поверхность которых плоская, а верхняя выпуклая. Отличается от боевого большей изогнутостью, меньшей относительной толщиной и близостью профиля плеч-крыльев к профилю самолётного крыла.

1. Конструкция и принцип действия

В основе полета бумеранга лежат довольно известные принципы классической механики.

Бумеранг (для простоты рассмотрим классический - «угловое крыло») стартует в вертикальном положении. Сильным броском из-за спины его отправляют в полет, придавая не только горизонтальную скорость, но и достаточно быстрое вращение вокруг горизонтальной оси.

Б умеранг представляет собой два профилированных крыла, соединенных под углом. Что такое профилированное крыло? Это две поверхности, одна из которых длиннее другой. Возле той, что длиннее, скорость воздуха выше (так как ему приходится преодолевать большее расстояние), а давление (согласно принципу Бернулли: в струе воды или воздуха давление велико, если скорость мала, и давление мало, если скорость велика) - ниже: возникает подъемная сила. У бумеранга два таких крыла, причем их скорость относительно набегающего потока воздуха различна - из-за вращения и поступательного движения бумеранга крыло, которое в данный момент находится сверху, летит навстречу воздуху, создавая большую подъемную силу, чем нижнее. Разность этих сил (помноженная на плечо) образует кренящий момент, который стремится «уложить» бумеранг на бок.

Скорость плеча бумеранга относительно воздуха не постоянна. Когда плечо находится в верхней половине описываемой окружности, поступательная скорость бумеранга складывается со скоростью вращения u, а когда в нижней, то скорости направлены противоположно, так что результирующая скорость уменьшается или даже совсем исчезает в некоторой точке (рис. 2). Таким образом, бумеранг испытывает действие не только силы, направленной справа налево, но и момента сил F1 и F2, поворачивающего его вокруг горизонтальной оси и стремящегося переместить

верхнюю часть бумеранга влево. Но этого перемещения в действительности почти не происходит, так как бумеранг вращается настолько быстро, что ведет себя как гироскоп.

А «уложить» гироскоп на бок не так-то просто - он при этом испытывает гироскопическую прецессию, которая и поворачивает ось вращения, при этом траектория полета представляет собой петлю. Ближе к концу траектории бумеранг ложится на бок. Происходит это из-за того, что центр тяжести снаряда не совпадает с точкой приложения подъемной силы (она расположена чуть выше и впереди). Сила тяжести и подъемная сила образуют момент, «приподнимающий» передний край бумеранга вверх. Однако гироскоп опять начинает сопротивляться, возникающая прецессия укладывает бумеранг на бок, и он финиширует в горизонтальном положении, плавно снижаясь подобно вертолетному пропеллеру.

С точки зрения аэродинамики все можно объяснить, рассчитать, изготовить и даже точно указать с какой скоростью его запускать и подкручивать. Но вот как древние люди до всего доходили опытным путем не совсем понятно, сколько времени ушло на то, чтобы придать правильную форму.

1. Траектория движения бумерангов.

Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. А познавая мир, человечество движется вперед, развивается. Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей. В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, движение объектов.

В своей работе я составил программу на языке Turbo Pascal, используя уравнения движения. (Рис.3) Получил на компьютере приблизительную траекторию движения бумеранга.

Рис.3. Программа и траектория движения

К ак теперь сравнить вычисленные пути с действительной траекторией бумеранга? Для объективности необходимо в течение всего полета регистрировать местоположение бумеранга. Это можно сделать при помощи фосфоресцирующего пылающего бумеранга. (Рис.4) Его можно получить, если на бумеранг прикрепить прозрачные трубочки с фосфором. Запускают его в тёмное время суток, когда фосфор хорошо светится.

Рис.4. Фосфоресцирующий пылающий бумеранг

1. Практическая часть

1. Конструирование бумеранга

Основываясь на знаниях, которые были получены в процессе работы над проектом, мною был сконструирован бумеранг. (Рис.5) (Приложение 1)

Рис. 5. Ход конструирования бумеранга

Мой бумеранг готов! Осталось проверить его аэродинамические возможности.

1. Запуск бумеранга и исследование его параметров

Запускаю бумеранг согласно правилам (Приложение 2) Выполнил серии запусков и выяснил, какие параметры и как влияют на движение бумеранга. Провёл следующие исследования:

• исследование зависимости дальности полета бумеранга от его массы;

• исследование зависимости дальности полета бумеранга от степени его закрутки;

• исследование зависимости дальности полета бумеранга от силы броска;

• исследование зависимости ширины петли от степени закрутки бумеранга;

• исследование вида траектории полета бумеранга от угла его запуска;

пронаблюдать за местом падения бумеранга.

Получил следующие результаты. (Табл.2)

Таблица 2

Взаимосвязь параметров бумеранга

1. Заключение

И так, я выяснил, что в основе принципов действия бумеранга лежит физический закон гироскопической прецессии и принцип Бернулли.

Но все, же бумеранг – это игрушка или оружие?

Исторически бумеранг не был изобретен как игрушка, изначально использовался как боевое и охотничье орудие. Только в наше время бумеранг стали использовать для игр и спортивных соревнований. Австралия по сию пору остается центром бумеранговой культуры, и, разумеется, именно там находится штаб-квартира Всемирной ассоциации бумеранга. Практически в каждой стране мира существует своя аналогичная штаб-квартира. Российская находится в Москве на проспекте Вернадского, ее возглавляет дизайнер бумерангов Аркадий Немов. (Приложение 3) Из любого предмета Немов стремится сделать бумеранг. В его коллекции есть летающая Эйфелева башня, летающая звезда Давида, летающий бульонный кубик и даже в виде скульптуры рабочего и колхозницы.

Но надо знать что, ни кто не отменял Федеральный закон «Об оружии» Статья 6., где сказано: «На территории Российской Федерации запрещаются:

1) оборот в качестве гражданского и служебного оружия:

- кистеней, кастетов, сурикенов, бумерангов и других специально приспособленных для использования в качестве оружия предметов ударно-дробящего и метательного действия, за исключением спортивных снарядов»³ (Приложение 4)

Но не на одном из бумерангов, которые продаются в магазинах, я не видел надписи, является ли это игрушкой или спортивным снарядом?

Работая над проектом, я пришёл к следующему выводу. Является ли бумеранг оружием, спортивным снарядом или игрушкой, зависит от того в чьих руках он находится. Надо всегда помнить слова сказанные Уинстоном Черчиллем: «Сделанное тобой к тебе же и вернется».

1. Список источников

1. Популярная механика. Сентябрь 2004. «Туда и обратно: Бум вокруг бумерангов».- Режим доступа: http://www.popmech.ru/science/7044-tuda-i-obratno-bum-vokrug-bumerangov/#full

2. Энциклопедия "Про все на свете". История бумеранга. Режим доступа: http://www.peterlife.ru/funoffice/superpuper/190616.html

3. Федеральный закон «Об оружии» Статья 6. Режим доступа: http://www.zakonrf.info/zoboruzhii/6/

4. Журнал «Юный техник».

5. http://sitekd.narod.ru/bumer.html

6. http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000060/st008.shtml

7. Изготовление бумеранга http://crovlya-krisha.blogspot.ru/p/umeran.html

8. http://www.findarticles.ru/2007/10/28/bumerang.html.

9. Фосфоресцирующий пылающий бумеранг www.yotube.com/watch?v=HzzWpNHqXcQ

Ход конструирования бумеранга

Готовим оборудование и материалы для работы. Нам понадобится: фанера; транспортир; линейка; карандаш; электролобзик; рубанок; 2-3 шаблона из картона или фанеры; рашпиль; наждачная бумага (шкурка);

Шаг 1. Возьмём фанеру, нанесём рисунок бумеранга.

Шаг 2. Аккуратно выпилим заготовку лобзиком и прострогать с одной из сторон лопасти так, чтобы к их концам толщина заготовки плавно уменьшалась от 1см в середине до 6мм.

Шаг 3. На заготовку в соответствии с рисунком наносим линию максимальной толщины поперечных сечений.

Чтобы построить ее, достаточно в любом сечении отложить четверть его длины от передней кромки каждой из лопастей и соединить полученные точки плавной линией.

Шаг 4. Теперь с помощью рубанка и рашпиля скруглим лопасти так, чтобы спереди они получились округлыми, а сзади – заостренными. Лучше всего сначала сделать два – три шаблона из картона или фанеры, как показано на рисунке, и в процессе работы контролировать по ним правильность обработки профиля лопастей.

Шаг 5. Вскроем лаком

Правила запуска

1. С жать ладонь в кулак, но не напрягать руку, держать свободнее. Держать бумеранг нужно за кончик между большим пальцем и указательным, при этом ни в коем случае не разжимайте кулака - чтобы указательный палец не распрямился. Зажимать нужно не более 3-х см тела бумеранга (самый кончик), и при этом - если бумеранг односторонний, то выпуклая сторона прижата к большому пальцу руки. Правша ли вы или левша - всё равно, выпуклость - к большому пальцу. Зажмите самый кончик бумеранга в кулак так, чтобы округлая сторона бумеранга была прижата большим пальцем.

2. Б ольшинство типов бумерангов запускается в вертикальной плоскости. Это нужно будет чётко отработать для себя - если вы "завалите" бумеранг, то вместо траектории возвращения он вначале уйдёт в небо, а затем катастрофически упадёт вниз. Не мучьте его, постарайтесь выдержать вертикаль при запуске! При запуске держите бумеранг вертикально!

3. Е сли стоит полный штиль, тогда не имеет значения, в какую сторону запускать бумеранг, только учитывайте возможные препятствия и опасности для окружающих. Но если дует ветер - и не более 2 м/c - то запуск надо делать в направлении примерно 60˚ к вектору ветра (для правшей - вправо 60˚, для левшей - влево!). Вряд ли вы справитесь с ветром большей силы, поэтому - если вы не специалист высочайшего класса, не расстраивайте бумеранг и себя - лучше перейдите к запуску воздушных змеев! Ветер оказывает огромное влияние на траекторию движения бумеранга.

4. Как выбрать цель на старте? Некая условная цель находится чуть выше того уровня, на котором расположена ваша запускающая рука, выберите, например, дальние деревья и стремитесь туда забросить бумеранг - он исправно опишет заложенную в его конструкции траекторию полёта (это может быть - "окружность", "эллипс", "восьмёрка", "спираль") и вернётся к вам в руки. Когда бросаете бумеранг, цельтесь немного выше уровня запускающей руки.

5. Вовсе не требуется Геркулесовой мощи, чтобы хорошо запустить бумеранг - он запускается больше импульсом души, отдачей внутренней энергии, чем грубой физической силой. А сейчас пока - не сила требуется, а отработка особого движения, которое начинается всем корпусом, когда бумеранг находится за вашим плечом, и заканчивается хлёстким сгибанием запястья, словно в руке у вас плёточка. Бумеранг пошёл! Только не прищемите его перед самым отрывом, он свободно скользит по коже пальцев, не зажимается, только согревается ими. Нет грубой силе!

6. Если вы запускаете "случайный" бумеранг (купленный где-то) без консультаций специалиста, то лучше не ловите его в первые запуски - пусть приземляется сам. Во-первых, как мы уже говорили, вам может попасться подделка - опасный, острый предмет. Во-вторых, вряд ли в первых запусках вы увидите прилетающим его в свои руки вообще, так что не спешите. В-третьих, вам вполне могут продать подделку в форме бумеранга, но возвращаться он не будет никогда. Ловите!

7. Бумеранг после запуска имеет ось вращения, и она совсем не обязательно находится в его теле: возьмите хотя бы самый привычный вид - в форме русской буквы "С", при вращении ось находится в воздухе, в пустом пространстве, внутри "буквы". А человек, когда стремится поймать такую вращающуюся систему, интуитивно хватается за центр её тяжести, за центр (ось) вращения - а в ней-то как раз и ничего и нет!!!

Дизайнер бумерангов Аркадий Немов

[Федеральный закон "Об оружии"] [Статья 6]

Статья 6. Ограничения, устанавливаемые на оборот гражданского и служебного оружия

На территории Российской Федерации запрещаются:

1) оборот в качестве гражданского и служебного оружия:

огнестрельного длинноствольного оружия с емкостью магазина (барабана) более 10 патронов, за исключением спортивного оружия, имеющего длину ствола или длину ствола со ствольной коробкой менее 500 мм и общую длину оружия менее 800 мм, а также имеющего конструкцию, которая позволяет сделать его длину менее 800 мм и при этом не теряется возможность производства выстрела;

огнестрельного оружия, которое имеет форму, имитирующую другие предметы;

огнестрельного гладкоствольного оружия, изготовленного под патроны к огнестрельному оружию с нарезным стволом;

кистеней, кастетов, сурикенов, бумерангов и других специально приспособленных для использования в качестве оружия предметов ударно-дробящего и метательного действия, за исключением спортивных снарядов;

патронов с пулями бронебойного, зажигательного, разрывного или трассирующего действия, а также патронов с дробовыми снарядами для газовых пистолетов и револьверов;

оружия и иных предметов, поражающее действие которых основано на использовании радиоактивного излучения и биологических факторов; оружия и иных предметов, поражающее действие которых основано на использовании электромагнитного, светового, теплового, инфразвукового или ультразвукового излучения и которые имеют выходные параметры, превышающие величины, установленные в соответствии с законодательством Российской Федерации о техническом регулировании, законодательством Российской Федерации о стандартизации и соответствующие нормам федерального органа исполнительной власти, осуществляющего функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере здравоохранения, а также указанных оружия и предметов, произведенных за пределами территории Российской Федерации;

. . .

1^ Популярная механика. Сентябрь 2004. «Туда и обратно: Бум вокруг бумерангов».- Режим доступа: http://www.popmech.ru/science/7044-tuda-i-obratno-bum-vokrug-bumerangov/#full

2^ Энциклопедия "Про все на свете". История бумеранга. Режим доступа: http://www.peterlife.ru/funoffice/superpuper/190616.html

3^ Федеральный закон «Об оружии» Статья 6. http://www.zakonrf.info/zoboruzhii/6/