Исследовательская работа по физике "Бумеранг"
творческая работа учащихся по физике по теме

Районная научно-практическая конференция школьников «Открытие».

Секция

физико-математических наук.

Тема «Бумеранг»

Вид работы:     реферативно-исследовательская

Автор:               Челазнов Данил 7 класс

Руководитель: Половко О.В. учитель математики и физики

                                 (высшая квалификационная категория.)

Хандальск 2015

Содержание:

1. Введение.
2. Из истории…
3. Типы бумерангов.
4. Изготовление бумерангов.
5. Запуск бумеранга.
6. Исследование «Вернется или нет…»
7. Литература

Введение

Проблема:

         «Почему бумеранг возвращается»

Цель работы:

.Исследовать возможность полета бумеранга, при помощи моделей.

Метод проведения исследований:

Математическое моделирование

Результативность:

Изготовлены модели бумеранга для исследования полета, разработан

 учебно–методический материал для проведения внеклассного мероприятия.

Из истории…

Среди множества вещей, пришедших к нам из глубокой древности, таких, как колесо, топор, стрела, бумеранг занимает особое место.

Бумеранг- это оригинальное оружие – самое совершенное произведение техники первобытного человека – долгое время вызывало удивление учёных. Действительно, странные, запутанные фигуры, описываемые бумерангом в воздухе, способны озадачить каждого.

         Бумеранг - особый метательный снаряд, обладающий свойством описывать при полете своеобразные кривые или лететь по замысловатой траектории и даже возвращаться к ногам бросившего его человека. Кстати, далеко не все бумеранги обладали свойством, создавшим им известность, — возвращаться к бросившему его человеку. Да оно и не было главным для воина или охотника. Но любой бумеранг от обычной палки отличало то, что для увеличения дальности его полета использовались свойства воздушной среды.

Полет бумеранга - это потрясающее зрелище. При сильном броске, в полете, он описывает большую петлю, улетая далеко вверх и вперёд, и возвращается назад. Если с точно такой силой бросить камень, то он не пролетит и трети того, сколько летит хороший бумеранг.

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. Бумеранги использовались и в древних ритуалах как гипнотическое средство.

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. Вполне возможно, что в Австралии они сохранились только потому, что там не был изобретён лук - гораздо более эффективное оружие охоты и войны.

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

Типы бумерангов.

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 бумеранга.

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 линии.

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.

Собственно, практически так же летает кленовое семечко — крылышко. Такая форма движения чрезвычайно выгодна, она позволяет бумерангу описывать гигантские петли, спирали и «восьмерки», а при соответствующем навыке бросающего добиваться возвращения бумеранга буквально к его ногам.

Изготовление бумерангов.

• 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.

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. Мы изготовили три вида бумажного бумеранга:

Как запустить бумеранг

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 поймете, 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).

Как ловить бумеранг

Ловить бумеранг нужно двумя ладонями горизонтально, так называемым прихлопом на некотором расстоянии от тела.

Исследование «Вернется или нет…»

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 .

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.

Провели запуск и сделали вывод:

• Г - образные бумеранги значительно уступают крестообразным по абсолютно всем характеристикам.
• Они не так далеко летают.
•  Кидать их надо под строго определённым углом с одной определённой силой, что бы он вернулся точно назад.
• Время нахождения в воздухе раза в полтора меньше.

Бумеранг можно использовать 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, 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.

Литература.

1. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2006 (3 CD)
2. Журнал «Юный техник»
3. Я.И.Перельман Занимательная физика.
4. Интернет.