Исследовательская работа по физике "Бумеранг"

МБОУ гимназия № 9 города Кузнецка

Научно-исследовательская работа по физики на тему:

«Бумеранг»

  Выполнил: Мироедов Константин,                      

учащиеся 10 класса

Руководитель: Гасилина А.С.

учитель физики

2017 г.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………..2

1. Из истории……………………………………………………………. ……….3

1.1 Интересно, что……………….……………………………………………….4

1.2 Периоды развития……………………………………………………………4

2. Типы бумерангов…….…………………………………………………..…..5-6

2.1 Загадочный бумеранг………………………………………………………...6

2.2 Немного физики………………………………………………………………7

3. Изготовление бумеранга....................................................................................8

4. Способы запуска..…………………………………………………………..9-12

4.1 Возвращение…………………………………………………………………12

4.2 Использование……………………………………………………………….13

5. Исследование………………………………………………………………….14

5.1 Анкетирование……………………………………………………………….14

5.2 Исследование зависимостей………………………………………...…...15-17

6. Заключение………………………………………………………………….…18

Использованные материалы………………………………………………….....19

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 удивительная вещь, которая чудесным или волшебным образом возвращается к бросающему.

Нас заинтересовало, бумеранг– это детская игрушка или орудие, и мы решили поближе познакомиться с его особенностями.

В своей работе мы рассмотрели историю происхождения бумеранга, его назначение и области применения, разновидности, классификацию, строение, выяснили,  почему бумеранг возвращается и как правильно его запускать. Изучив специальную литературу, рассмотрев историю возникновения бумеранга, можно говорить о том, что он является хорошим пособием для изучения законов физики.

Цель работы:  изготовить модель бумеранга и изучить механизм его полета.

Задачи:

• провести анкетирование среди учащихся среднего звена;
• пронаблюдать за техническими свойствами полета бумеранга.

Этапы исследования:

1) исследование зависимости дальности полета бумеранга от его массы;

2) исследование зависимости ширины петли от степени закрутки бумеранга;

3) исследование зависимости дальности полета бумеранга от степени его

    закрутки;

4) исследование зависимости дальности полета бумеранга от силы броска;

5) исследование вида траектории полета бумеранга от угла его запуска;

6) изменение величин в зависимости от наконечников;

7)пронаблюдать за местом падения бумеранга.

1.Из истории…..

Судя по раскопкам, аналоги бумеранга были известны многим народам.

Самые первые изготавливали из кости, затем — из дерева, причем древесина не должна была иметь сучков, а слои должны были повторять форму бумеранга.

Бумеранг был распространен у австралийских племен, в Юго-Восточной Азии, Южной Индии, Древнем Египте, у индейцев Мексики.

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.

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.

1.1 Интересно, что…..

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, ошлифованной.

Бумеранги обнаружены сейчас на всех континентах, кроме Антарктиды.

Первые европейцы считали бумеранги «примитивными деревянными мечами». Лишь в 1802 году французский инженер Франсис-Луи Бараллье, состоявший на британской службе, впервые описал полет бумеранга: «Они бросают его в воздух или параллельно земле, заставляя его возвращаться к себе, причем с такой скоростью, что его невозможно увидеть, слышен только его свист». Бараллье никак не называет этот метательный снаряд, лишь описывает его как «кусок дерева в форме полукруга».

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.

1.2 Периоды развития бумеранга

В истории бумеранга было три крупных периода:

«Бронзовый век» – когда люди научились обрабатывать дерево и вырезать из него двухлопастные бумеранги для охоты. Тогда конструкция бумеранга прямо подчинялась особенностям переплетения древесных волокон.

«Серебряный век» бумеранга наступил на рубеже XIX и ХХ столетий, когда широкое распространение получила фанера: благодаря ее структуре удалось добиться большего разнообразия летающих конструкций.

«Золотой век» бумеранга настал еще позже – когда было налажено промышленное производство и обработка различных видов пластмасс и пластика. Именно пластик - самый перспективный материал, делающий возможным миллионы вариантов инженерных находок.

2. 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: возвращающиеся и невозвращающиеся. По внешнему виду их почти невозможно отличить друг от друга.

• Сначала, видимо, был изобретён, как модификация метательной палицы, невозвращающийся бумеранг - «боевой». Его длина около метра, он изогнут в гораздо меньшей степени, чем его возвращающиеся родственники. Его бросают почти горизонтально, придавая естественное для броска палки вращение - но вокруг вертикальной оси. При правильном броске оружие поднимается на высоту до 15м и летит почти параллельно земле на расстояние до двухсот метров, что обеспечивает повышенную вероятность поражения какой-либо цели.

Бумеранг хорошо известен в силу своего свойства возвращаться назад, к месту, с которого был произведён бросок.

• В действительности этим свойством обладают далеко не все бумеранги - только так называемые возвращающиеся (такие бумеранги представляют собой изогнутую пластину, образующую две лопасти неравной длины, нижняя поверхность которых плоская, а верхняя выпуклая), да и реализуется оно только при надлежащем умении и с непременным учётом силы и направления ветра.

Форма возвращающегося бумеранга отличается от боевого большей изогнутостью, меньшей относительной толщиной и близостью профиля плеч-крыльев к профилю самолётного крыла. Размер и вес — поменьше, так что начальная скорость оказывается выше, чем у боевого.

•  длина этого вида бумеранга 25 — 75 см,
•  ширина 3 — 5 см, толщина до 1,5 см,
•  угол между плечами изменяется от 80˚ до 140°,
•  масса составляет около 700 г.

2.1 Загадочный бумеранг

Оказалось, что траектория полета бумеранга зависит от аэродинамических сил, действующих на его лопасти. Они влияют одновременно на два движения — поступательное и вращательное. Сравнительно быстрое вращение создает аэродинамический момент, постоянно отклоняющий бумеранг от полета по прямой.

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, 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 метательный 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.

2.2 Немного физики

Какие же силы действуют на бумеранг, брошенный горизонтально и вращающийся в вертикальной плоскости?

Из-за несимметричности профиля плеч (рис.) 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 V 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.

Часто плоскость бумеранга, занимающая почти вертикальное положение в начале полета, в конце пути становится горизонтальной. Это объясняется тем, что силы, рассмотренные выше, заставляют бумеранг постепенно поворачиваться, чем и объясняется столь сложная траектория его полета.

Если бумеранг запустить с вдвое большей скоростью, то скорость наклона его плоскости также увеличится вдвое. В результате бумеранг опишет почти такую же кривую. Следовательно, диаметр ее не зависит ни от скорости вращения бумеранга, ни от его начальной скорости. Таким образом, длина пути модели — величина почти постоянная. Параметры орбиты пропорциональны моменту инерции, который тем меньше, чем легче бумеранг. Поэтому, чтобы при испытаниях в комнате он описывал малую орбиту, его нужно изготовить из бумаги.

Сделайте бумажный бумеранг с длиной каждого плеча по 50 мм, шириной 10 мм и зажмите его под ногтем большого пальца, как показано на рисунке. Если теперь щелкнуть по верхнему концу модели, она полетит метров на пять, плавно опишет кривую и возвратится обратно.

3. Изготовление бумеранга

• Чтобы сделать хорошо летающий бумеранг, вам потребуется квадратный лист фанеры (сторона квадрата — 400 мм) толщиной около 10 мм.
• Для начала он расчерчивается на клетки со стороной 20 мм, и контур бумеранга с нашего рисунка переносится на фанеру.
• Далее следует аккуратно выпилить заготовку лобзиком и прострогать с одной из сторон лопасти так, чтобы к их концам толщина заготовки плавно уменьшалась от 10 мм в середине до 6 мм.
• Теперь на заготовку в соответствии с рисунком наносится линия 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.
• Теперь с помощью рубанка и рашпиля скругляют 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.
• В завершение надо тщательно отшлифовать бумеранг шкуркой, прошпаклевать дефекты и окрасить, как это показано на рисунке, в два цвета.

Материал изготовления - средние и тяжёлые сорта дерева, дуб, липа, берёза, бук и т.д. Фанеру на самом деле для этой схемы использовать затруднительно и не целесообразно. По середине у двух лопастей прорезаются пазы на разных сторонах, после чего они склеиваются клеем ПВА или столярным, в общем любым достаточно прочным клеем для дерева. Для большей прочности можно соединить маленькими шурупами.

4. Способы запуска

Научиться бросать бумеранг может любой человек  в возрасте от 6 лет всего за 15 минут.

Во- первых, наденьте перчатки - поменьше опасность травм от неудачных попыток поимки.

Во- вторых - лучше всего запускать бумеранг в полный штиль - так проще начинать, тогда вы увидите истинную картину полёта, не искажённую невидимыми дуновениями ветра. А бумеранг очень чувствителен даже к малейшим колебаниям воздуха - подождите, пока освоите первые шаги, и тогда поймёте как учитывать ветер при запуске бумеранга.

Перед запуском посмотрите, одно или двусторонний у вас бумеранг? Верх и низ у него одинаковые по форме? Если одна сторона плоская, а другая округлая, перед вами двусторонний бумеранг. Округлая сторона - это верх бумеранга (она должна будет в полёте смотреть в небо).

7 правил запуска бумеранга

1. Сожмите ладонь в кулак, только не напрягайтесь до дрожи, 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. Большинство 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. Если 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

4.1 Возвращение

Что нужно сделать, чтобы бумеранг вернулся прямо в руки
Важно подыскать для запуска бумеранга широкую открытую площадку, желательно не асфальтированную – поляну, лужайку, поле.

1. Выбирайте бумеранг с 3 или 4 лопастями и не забудьте надеть перчатки!
2.  Держать бумеранг нужно в правой руке за конец лопасти между большим и согнутым указательным пальцами. Бумеранг должен иметь возможность вращаться, а потому сильно сжимать его не следует.
3. При запуске бумеранг нужно держать обязательно вертикально, на уровне уха – и ни в коем случае не горизонтально, не так, как летающую тарелку.
4. Если при запуске бумеранга не везет с погодой и есть ветер, необходимо определить его направление и бросать бумеранг по направлению ветра. Бросок лучше ориентировать правее себя.
5. Для большего замаха рекомендуется отвести руку назад. Бросать бумеранг следует резко, при этом кистью руки необходимо придать ему максимально возможное вращение.
6. Ловить бумеранг нужно двумя ладонями горизонтально, так называемым прихлопом на некотором расстоянии от тела.

4.2.Использование

• Бумеранг можно использовать и в медицине. Противопоказаний к метанию бумерангов — ноль, а польза для организма очевидна.
• Это эффективное снятие стресса, создание положительного эмоционального настроя, поддержание гибкости позвоночника, формирование осанки, предотвращение развития остеохондроза и гиподинамии, комплексная координация движений тела, развитие глазомера, расширение бокового поля зрения, аккомодация глаза, развитие чувства траекторных движений объекта, повышение скорости реакции, формирование образно-зрительного восприятия пространства, тренинг концентрации внимания.
• А от регулярных занятий с бумерангом у женщин улучшается характер.

5. Исследование

5.1 Анкетирование.

Цель:  выяснение знаний о бумеранге.

Нами было опрошено 20 учащихся среднего звена (7, 8 класс)

1. Что такое бумеранг?

2.Кто изобрел бумеранг?

3.Какие вы знаете виды бумерангов?

4.Умеете ли вы запускать бумеранг так, чтобы он вернулся?

5.Есть ли бумеранг в жизни?

На этот вопрос учащиеся ответили в виде пословиц:

 Как аукнется, так и откликнется.

Что посеешь, то и пожнешь.

Бумеранг возвращается.

Вывод: В результате проведенного опроса, мы выяснили, что не все учащиеся знают,  что такое бумеранг и как правильно им пользоваться. Но некоторые из них владеют техникой запуска, и знают несколько видов.

5.2 Исследование зависимостей

Цель: 1. изготовить модель бумеранга;

2. пронаблюдать технические свойства полета бумеранга;

Мы рассмотрели полеты  семи разнообразных бумерангов. В результате получили следующие технические свойства полета:

№1

Выводы: В результате наблюдений мы выяснили следующее:

• бумеранг №1 уступает всем остальным, так как летает недалеко, кидать его необходимо под строго определенным углом и силой, для того чтобы он вернулся назад
• Бумеранг необходимо выбирать с меньшей массой, и изготовленный не из пластмассы, тогда дальность полета его будет максимальна
• Закрутка помогает только в том случае, если бросать с достаточной силой. И при этом он не должен слишком глубоко сидеть в кулаке, достаточно держать только пальцами
• Траектория полета бумеранга зависит и от угла наклона. Он должен составлять от 90–до 45 градусов, иначе бумеранг взлетает вверх и пикирует на землю
• Бросок должен быть сильным, для того, чтобы бумеранг не только улетел, но и вернулся обратно
• Ветер мешает полету бумеранга, поэтому необходимо его направлять навстречу ветра и даже немного правее к движению ветра, так как ветер влияет на точность возвращения

6.Заключение        

Самое интересное и занимательное в бумеранге – его полет, а точнее его траектория полета.

Сегодня, в век пластмассы, бумеранги нашли себе применение в спорте. Ассоциации бумерангистов есть в США, Канаде, Германии, Франции. Действует Всемирная ассоциация бумеранга, издается журнал Many Happy Returns («Много счастливых возвращений»), проводятся международные чемпионаты, где бумерангисты соревнуются в скорости, точности и выносливости.

Исторически бумеранг  не был изобретен как игрушка, изначально использовался  как боевое и охотничье орудие. Только в наше время бумеранг стали использовать для игр.

Бумеранг летает не потому, что он  легкий. Здесь очень важно, под каким углом направить движение и как его запустили, какова его масса, какова степень закрутки и многие другие тонкости.

Работа над проектом помогла нам узнать очень много нового  о бумеранге, научила правильно подбирать нужную литературу, проявлять  творчество и терпение в изготовлении изделия и его испытания.

Литература.

1. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2006 (3 CD)
2. Журнал «Юный техник»
3. http://mkmagazin.almanacwhf.ru
4. http://ru.wikipedia.org/wiki
5. http://www.youtube.com/watch?v=nIUbzvN58CY
6. http://www.how-to-do.ru/page.php?id=15
7. http://www.znaikak.ru/bumerang.html
8. http://sitekd.narod.ru/bumer.html
9. http://air.webhost.ru/
10. http://ideyka.narod.ru/
11. http://news.minima.ru/
12. http://www.findarticles.ru/2007/10/28/bumerang.html