بومرنگ چيست؟

[Borna66]

وقتي از بومرنگ صحبت مي‌كنيم، يك شيء خميده به ذهنمان مي‌آيد كه وقتي آن را پرتاب مي‌كنيم، دوباره به طرف ما برمي‌گردد. اما حقيقت اين است كه دو نوع بومرنگ وجود دارد. بومرنگهايي كه ما با آنها آشنا هستيم، همان بومرنگهاي بازگشت‌كننده هستند كه از جنس چوب يا پلاستيك يا هر ماده سبك ديگري ساخته مي‌شوند. اين بومرنگها معمولاً دو جزء يا دو بال دارند، البته امروزه مي‌توانيد بومرنگهايي با سه يا چند بال پيدا كنيد. بيشتر بومرنگهاي بازگشت‌كننده سي تا شصت سانتي‌متر طول دارند و بيشتر براي ورزش و بازي استفاده مي‌شوند. در صورتي كه اين بومرنگها به شكل صحيح پرتاب شوند، يك مسير دايره‌اي را در هوا طي مي‌كنند و سپس به نقطه شروع برمي‌گردند، اما اين بومرنگها براي شكار مناسب نيستند، چرا كه اولاً هدف‌گيري با آنها مشكل است و ثانياً در صورتي كه به شكار برخورد كنند، ديگر برنمي‌گردند!
اما يك نوع ديگر از بومرنگها هستند كه اصلاً براي برگشتن طراحي نشده‌اند. البته اين بومرنگها هم از نظر ظاهري يك چوب خميده هستند، اما بزرگ‌تر و سنگين‌تر و معمولاً بيش از يك متر طول دارند. بال اين بومرنگها طراحي خاص بومرنگهاي بازگشت‌كننده را ندارد و به همين دليل به نقطه اول خود برنمي‌گردد، اما به خاطر شكل خميده‌اي كه دارد، به راحتي در هوا پرواز مي‌كند و قادر است مسافت نسبتاً زيادي را با سرعت خوبي طي كند. از طرفي هم نشانه‌گيري با آن راحت‌تر است. به همين دليل اين بومرنگها براي شكار مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

[Borna66]

اگر شما يك تكه چوب معمولي را پرتاب كنيد، هيچ گاه به خوبي بومرنگ پرواز نمي‌كند. مهم‌ترين نكته اين است كه بومرنگ برخلاف يك چوب معمولي از دو بال تشكيل شده است. اين باعث مي‌شود كه بومرنگ حول نقطه وسط دو بال خود بچرخد كه باعث تثبيت حركت آن در هوا مي‌شود. به همين دليل بومرنگها نسبت به يك تكه چوب معمولي مسير طولاني‌تري را طي مي‌كنند و به خوبي پرواز مي‌كنند.
بال بومرنگ صاف نيست، بلكه مانند بال هواپيما، يك طرف آن صاف و طرف ديگر آن محدب است. اين مسئله باعث مي‌شود حركت مولكول‌هاي هوا در سطح محدب آن سريع‌تر از سطح صاف آن باشد. بنابراين بين دو سطح آن اختلاف فشار هوا ايجاد مي‌شود. به همين دليل زماني كه بومرنگ در حال حركت است، به علت وجود فشار هواي بيشتر در يك طرف، به سمت ديگر هل داده مي‌شود. اما اگر دقت كنيد، متوجه مي‌شويد كه بومرنگ بيش از هر چيز شبيه ملخ هواپيما يا هلي‌كوپتر است كه به جايي متصل نشده باشد. همان طور كه مي‌دانيد، ملخ هواپيما و هلي‌كوپتر، باعث حركت مستقيم و رو به جلو در جهت محور ملخ مي‌شود. بنابراين در صورتي كه بومرنگ را به طور عمودي گرفته و پرتاب كنيم، به سمت راست يا چپ حركت مي‌كند و برعكس در صورتي كه آن را به طور افقي بگيريم، به سمت محور خود، يعني به طور عمودي و مثل يك هلي‌كوپتر بالا مي‌رود تا از چرخش بايستد و نيروي جاذبه آن را به زمين برگرداند. با اين حال مي‌دانيم كه عملاً حركت بومرنگ به اين شكل نيست. چرا؟

[Borna66]

برخلاف ملخ هلي‌كوپتر و هواپيما كه زماني شروع به چرخش مي‌كند كه خود وسيله كاملاً ساكن باشد، شما بومرنگ را .پرتاب" مي‌كنيد. بنابراين بومرنگ علاوه بر حركت چرخشي ملخ، يك حركت چرخشي در هوا هم دارد. هر كدام از لبه‌هاي بومرنگ كه در سمت بالاي محور چرخش آن قرار داشته باشد، در جهت پرتاب بومرنگ مي‌چرخد و سرعت چرخش آن با سرعت حركت بومرنگ جمع مي‌شود، در حالي كه لبه ديگر در خلاف آن جهت مي‌چرخد. اين به آن معناست كه با اينكه هر دو لبه با يك سرعت مي‌چرخند، اما سرعت حركت يكي در هوا بيشتر از ديگري است. اين تفاوت سرعت باعث ايجاد دو نيروي متفاوت از سمت دو بال بومرنگ مي‌شود و برآيند اين دو نيرو، نيرويي مي‌شود كه از سمت بالاي محور چرخش به بومرنگ وارد مي‌شود. حالا براي امتحان، يك چرخ برداريد و وقتي در حال چرخيدن است، نيرويي از سمت بالا به آن وارد كنيد. چه اتفاقي مي‌افتد؟
چرخ به سمت راست يا چپ منحرف مي‌شود، يعني نيرويي كه به جسمي ساكن وارد مي‌كنيد با نيرويي كه به همان جسم در حال چرخش وارد مي‌كنيد، دو اثر كاملاً متفاوت دارد. دليل آن هم اين است كه قبل از اينكه نيرو بتواند اثر كند، نقطه اثر آن به علت چرخش چرخ مي‌چرخد و در حقيقت نيرو به جاي بالا از سمت جلو وارد مي‌شود. همين مسئله در مورد بومرنگ نيز صادق است، يعني نيرويي كه در اثر عدم تساوي سرعت حركت دو بال در هوا ايجاد شده، اگرچه از سمت بالا به بومرنگ وارد مي‌شود، اما باعث مي‌شود بومرنگ به سمت چپ يا راست منحرف شود. به اين ترتيب بومرنگ كم كم به يك سمت چرخيده و با طي كردن يك مسير دايره‌اي، به دست شما برمي‌گردد.
بومرنگ را مي‌توان به شيوه‌هاي متفاوتي پرتاب كرد، اما نكته مهم اين است كه آن را درست پرتاب كنيد، يعني با توجه به نيروهايي كه به آن وارد مي‌شود، با يك سرعت و زاويه مناسب آن را طوري پرتاب كنيد كه يك مسير دايره شكل را طي كرده و به دست شما برگردد. در حقيقت شكل و طراحي مناسب بومرنگ فقط نيمي از كار است. بومرنگ خودش پرواز نمي‌كند، شما بايد آن را درست پرتاب كنيد!

[Borna66]

در واقع ساختن بومرنگ فقط يك اتفاق بوده است. انسانهاي اوليه از تكه‌هاي چوب براي شكار استفاده مي‌كردند و در طبيعت هم چوب منحني زياد پيدا مي‌شود. احتمالاً آنها كم كم به اين نتيجه رسيده‌اند كه چوبهاي منحني بهتر از چوبهاي معمولي پرواز مي‌كنند، در نتيجه شكل دادن به چوبها را آغاز كردند. به اين ترتيب اولين بومرنگها كه البته بازگشت‌كننده نبودند، ساخته شدند. قديمي‌ترين بومرنگي كه تاكنون پيدا شده، مربوط به بيست هزار سال قبل است و توسط مردم لهستان ساخته شده است. راجع به تاريخچه بومرنگهاي بازگشت‌كننده اطلاعات زيادي در دست نيست، اما معمولاً استراليايي‌ها را صاحب اين اختراع مي‌شناسند، شايد يك مرد استراليايي يك روز بومرنگي ساخت كه به طور اتفاقي زاويه دو بال آن كم‌تر بود و بومرنگ مي‌توانست دور بزند... شايد... به هر حال بومرنگها برمي‌گردند!

[Borna66]

چگونه بومرنگ به سوی ما باز می گردد؟


یكی از اسلحه های قدیمی و عجیبی كه تا كنون بشر ساخته بومرنگ است. واژه ی « بومرنگ » از قبیله ای در « ویلز جنوبی جدید » به یادگار مانده كه مردم آن جا از روزگار قدیم این اسلحه را به همین نام می خواندند.
گرچه بومرنگ چیزی بیش از یك چماق سر كج نیست، ولی سال ها علم را دچار معما ساخته بود. كسی نمی دانست چرا و چگونه وقتی كه آن پرتاب می شود این گونه در هوا چرخ می خورد.
اسلحه بومرنگ را قبایل وحشی استرالیا، شمال شرقی افریقا و جنوب هندوستان و نیز سرخ پوستان « هوپی » در آریزونا، به كار می بردند.
بومرنگ، بر دو نوع است:
1 - بومرنگی كه باز می گردد.
2 - بومرنگی كه باز نمی گردد.
بومرنگی كه باز نمی گردد شكلش تقریباً راست بوده، وزنش هم سبكتر از بومرنگ نوع اول است.
این نوع بومرنگ اسلحه كشنده ای است و می گویند بومیان با پرتاب آن می توانند حیوان كوچكی را از وسط دو نیم كنند.
اما بومرنگی كه باز می گردد همان است كه در جهان بیشتر شناخته شده. بومیان استرالیا بیشتر آن را اسباب بازی می دانند نه یك اسلحه جدی. البته گاهی با پرتاب آن پرندگان كوچك را می كشند.
این نوع بومرنگ از چوب سفتی ساخته می شود. شكلش خمیده است، به طوری كه زاویه ای بین 90 تا 120 درجه تشكیل می دهد. یك طرف آن صاف و پهن است ولی طرف دیگرش را كوژ ساخته اند.
بازوان شخص پرتاب كننده، بر خلاف جهت یكدیگر، خیلی كم خم می شوند به طوری كه نسبت به سطح هموار فرضی كه از مركز بومرنگ امتداد می یابد باید فقط حدود 2 درجه فاصله داشته باشد. آنگاه بر اثر فشار هوایی كه بر سطح محدب بومرنگ وارد می آید و نیز به كمك تابی كه به هنگام پرتاب شدن بر می دارد، دایره ای در فضا می سازد كه دوباره به سوی پرتاب كننده اش، باز می گردد. خانه به دوشان وحشی استرالیا با پرتاب بومرنگ صحنه بسیار جالبی پدید می آورند. آنان به گونه ای آن را پرتاب می كنند كه تا 10 متر در خط مستقیم می رود، سپس دایره ای به قطر 15 متر در هوا می سازد و دوباره به سوی پرتاب كننده باز می گردد. آنان حتی می توانند بومرنگ را به گونه ای پرتاب كنند كه نخست با زمین تماس بگیرد، سپس در هوا دایره ای بسازد و آن گاه به سوی پرتاب كننده باز گردد.
بومرنگ را در حالی كه مچ دست به طرف پایین خم شده پرتاب می كنند.
در ضمن، برخی از بومرنگ ها چنین شهرت گرفته اند كه می توانند پیش از بازگشت، 130 متر در هوا سیر كنند.

[Borna66]

خوب این هم مسیر بونرنگ هست...

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg


By Dan Drollette
Photographs by Michael Murphree
Published in the August 2007 issue.

[Borna66]

Eric Darnell turns native oak into boomerangs that return with eerie precision. Few experts agree on exactly why boomerangs fly the way they do, but a few basic principles apply: lift, spin and an effect called precession.


How it Works



http://pnu-club.com/imported/2009/04/2700.jpg

LIFT Air passing over the curved top of a boomerang’s airfoil — at the leading edge of the wing — is forced to go faster than air passing over the relatively flat underside. As described by Bernoulli’s principle, this generates less pressure above the wing, creating upward lift.

SPIN The rate of a boomerang’s spin is determined by the length of the wings, the angle at which they’re joined, the distribution of material and the amount of force applied by the thrower. Like a gyroscope, a boomerang has greater stability the faster it spins.

PRECESSION A boomerang is thrown at a slight outward tilt from vertical. The top wing rotates with the object’s forward motion, so it moves faster than the bottom wing, generating more lift. Because the boom­erang is spinning, the lift exerts a steady force that is felt 90 degrees later, at the point in each rotation farthest from the thrower. This force nudges the wing laterally and the spin axis shifts. The boomerang turns — eventually curving all the way back to its starting point.

[Borna66]

انواع بومرنگ
http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

A classic-style boomerang carved by Eric Darnell.



و حالا چهار نوع بومرنگ طراحی شده...



Aboriginal
http://pnu-club.com/imported/2009/04/2701.jpg

Roughly 30 in. long, this 19th century rang from Western Australia is made from mulga — a wood so dense “it sinks like a stone in water,” Darnell says. It weighs nearly 2 pounds, so, “You definitely want to stay out of the way when it comes back.”

The unknown maker carved grooves into the top and bottom, shaving off a tiny bit of weight (crucial in a sport where the mass of a paper clip can clinch a record throw). The grooves also form hollows that — like the dimples on a golfball — create a blunt airfoil, which increases lift.

“This boomerang inspired me to put a shallow hollow, or undercamber, on the bottom of my boomerangs,” Darnell says.




Tri-Fly
http://pnu-club.com/imported/2009/04/2702.jpg

The 1.5-ounce, 11-in. Tri-Fly is Darnell’s most popular — and most imitated — boomerang. Its multiple wings were inspired by Aboriginal designs.

More wings mean more lift, which makes the boomerang turn in an extremely tight circle. Unfortunately, early prototypes circled too tightly — traveling only 16 yards before returning. Darnell corrected this problem by putting a single hole near the end of each wing. This spoiled just enough lift to allow the rang to sail out farther — to 27 yards.

“In addition, the holes slowed the rate of spin, making this boomerang easier to catch,” Darnell says. “They showed me that drag is not a four-letter word.”




Pro-Fly
http://pnu-club.com/imported/2009/04/2703.jpg

The classic V shape, with a twist. The wings’ positive angle of attack allows the boomerang to climb farther and faster. It’s made from a type of polypropylene plastic soft enough for the user to bend the wings further, yet resistant enough to hold the resulting shape — making this the first “tuneable” boomerang.

At about 2 ounces and 14 in. across, the Pro-Fly can travel out as far as 40 yards. Even so, Darnell was unsure how the plastic model would be received in Australia, the home of the wood boomerang: “Then I met Bluey Roberts [a well-known Aboriginal artist] — and he was throwing a Pro-Fly. He goes, ‘Oh yeah, bloody good rang.’”



MTA

http://pnu-club.com/imported/2009/04/2704.jpg

Made for the Maximum Time Aloft event at competitions, the MTA has asymmetrical wings that present more surface area to the wind, maximizing lift. And at a mere half-ounce, the 13-in.-wide MTA floats on the slightest updraft.

“It’s a crazy shape compared to most other designs,” Darnell says. Its airfoil, how-ever, is extremely efficient. It loses little energy to the formation of noise, for example.

A few years ago, officials informally timed the silent rang at 17 minutes aloft. “Sometimes, an MTA just disappears,” says Ted Bailey, a former president of the U.S. Boomerang Association. “We call that ‘losing it to the jet-stream god.’”

[Borna66]

How to make boomerangs that come back

Introduction
Boomerangs are amazing! What seems to be a simple curved bit of wood can be thrown away from you and then come right back and land in your hand. Boomerangs use many laws of physics in their motion including inertia, Bernoulli's effect, gyroscopic precession, gyroscopic stability and Newton's laws of motion. They are sensitive to their size, shape and aerodynamic profile, as well as wind and rising thermals.
However, it is not very difficult to make a quality boomerang that can be thrown in such a way that it will be catchable almost every time. You don't need to know about physics. You don't even need to know how changes in the boomerang produce different flight patterns. Just so long as you can tell if a boomerang is not coming back, you can tune the boomerang so that it does.
Photo further down the page...

Carving your boomerang
Traditionally, boomerangs were made with the junction between the trunk of a tree and a major root, giving the required curvature of about 95-110 degrees. Nowadays, you can buy high quality plywood which can largely withstand the stresses put upon it by boomerang crash landings. This material is readily available in DIY outlets, and it is easy to cut and shape.
Normally 5/6mm 5-ply plywood is used. Sketch your pattern onto the wood and cut it out with a jigsaw, coping saw or bandsaw. Form the aerofoils on each wing (the curved surface that gives the wings lift) using rasps, files or planes - always working towards the edge to avoid splinters. When you are sure the aerofoils are at the correct curvature, use sandpaper to smooth out any sharp lines and to leave a low drag surface. A rough surface may affect the boomerangs flight pattern, making it less controllable and responsive.

Shapes
You can make a boomerang any shape you like and, in the right conditions, it will probably come back to you. But to get the best performance, it is a good idea to use a tried-and-tested design. Those featured on this page are the traditional Aboriginal V-shaped boomerang , and the Omega . I am not an expert on boomerangs, and I have only made several V-shaped and one Omega boomerang, but for the beginner, I would not hesitate in recommending the Omega design. The one of these that I have made is very impressive in flight, spinning in a very large arc in front of me and then hovering down into my hands. I have caught it 10 times in half an hour only a couple of days after making it.
Photographs of my painted Omega boomerang and a large V-shaped boomerang:
Front and back (Photo down the post) views of both of them, with a 15cm (6 inch) ruler shown for size comparison. The V-shaped boomerang shown here is very heavy and does not return properly. It's good fun to throw because it looks so big in the air. It was broken on one arm when I brought it into school and it repeatedly landed vertically, bouncing off the ground rather hard. I repaired it with epoxy resin glue with fibreglass tape reinforcement.

Original Aboriginal V-shaped boomerang
Sketch the diagram opposite onto your piece of plywood and cut it out as stated above. Curve the aerofoil (wing profile) as shown in the inset, adding a significant undercut to the leading edge of each wing (the dark patches in the diagram). http://pnu-club.com/imported/mising.jpg When you have finished the carving, check your new boomerang for 'dihedral flex'. This simply means how much the ends stick up if you set the boomerang flat on a table. The correct flex for this type of boomerang is about 3-5mm at the tips. Your piece of wood probably was not originally curved like this so you will need to bend it into its new position. Hold one wing over a steaming kettle or other safe heat source for about 10 seconds, moving it constantly. Quickly clamp the wood into its new position using offcuts to lift up the tip. It takes about 5 minutes for the wood to cool down again and 'set', after which time the other wing tip will have to be bent. Check your boomerang again for any twisting of the wings. They should be completely flat (except for the dihedral flex) and if they aren't, fix them in the same way as for the wing tips.
After all the correcting has been done, smooth off all the edges and the entire surface with sandpaper, starting at 80 or 100 grit and finishing with 250 grit. For a super streamlined finish, use 400 grit sandpaper. You may then want to paint or varnish the boomerang, but beware - this can add a lot of unnecessary weight to it, reducing performance, or at least changing it from what it should be. Use two coats maximum, and sand well between each coat. A thin layer of varnish over paint will give it more wear resistance.

Omega boomerang
The Omega is an improvement on the original V-shape for better handling in the wind. http://pnu-club.com/imported/mising.jpg The twisted ends also make the boomerang spin slower than the V-shaped, so that catching is safer. One major disadvantage with this design is its tendency to break in the middle (dashed line on diagram) after only light crashes. This is due to the extended arms, which cause more leverage, and therefore force, to be directed at the apex of the curve. It might be a good idea to widen the wing around the dashed line, to give it extra strength.
As before, sketch the diagram opposite onto plywood and cut it out. Notice that the aerofoil on the Omega boomerang is less curved than the V-shaped design. This leaves more of the wood at full thickness. Remember to undercut the dark areas. Check for dihedral flex and twisting as before, correcting any error in the wood with steam or heat.
Finish with various grades of sandpaper and decorate if you like remembering that any paint will add weight to the boomerang.

Throwing your boomerang
There are a number of important points to bear in mind when throwing a boomerang, which all work together to achieve the desired effect.



Hold the boomerang by either wing tip in a tight grip with the curved side facing towards you. This gives the boomerang lift, so if you throw it the other way round, it will crash into the ground. The tight grip makes the boomerang snap out of your hand as you throw it, giving it all important spin.

Hold the boomerang vertical or slightly off vertical. Remember this!
A boomerang thrown horizontally will fly rapidly skyward, falling down to the ground again at a dangerous speed. The Omega boomerang requires more tilt away from the vertical than the V-shaped (about 15 degrees off vertical). It is easy to think you are throwing vertically when in fact your hand twists at the last moment, resulting in a near horizontal launch. Try thinking about where the boomerang is as you throw it, and keep your throwing arm against your head. Try to end the throw with your arm down beside your leg, so it has to go straight to get there.

Aim the boomerang about 15 degrees above ground level. This can easily be imagined by aiming just above treetops about 200 metres away.

Throw your boomerang at about 50 degrees to the right of the wind (or to the left if you are left handed). If it is thrown too much to the right, the boomerang will land early in its flight in front, and to the right of you. Too much to the left, and the boomerang will fly past you landing behind and to the left of you.



Throwing in windy conditions
Throw more vertically in windy conditions, and more off vertical in calm conditions. Use less power in your throw but keep up the spin rate, otherwise the boomerang will lose stability. The reduced power is used up as the boomerang flies into the wind, so it gets blown back to your hands, rather than ending up behind you.




Front
http://pnu-club.com/imported/mising.jpg


Back
http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

__________________