Physique et aérodynamique du boomerang

Ben

Physique et aérodynamique du boomerang


J’ai déjà posé une question sur ce site Web pour savoir comment construire un boomerang pour un projet qui peut voler au moins 200 pieds, alors comment augmenter la trajectoire de vol. Un utilisateur a répondu: ralentir la vitesse à laquelle il tourne sur son chemin: cela signifie que la vitesse linéaire doit être petite par rapport à la vitesse de l’aile (moins de portance différentielle), nous avons donc besoin d’une rotation rapide et d’une aile avec un petit angle de attaque. Deuxièmement, nous avons besoin d’un grand moment d’inertie pour que le boomerang maintienne sa rotation pendant le vol – La suggestion de @ CuriousOne d’une lame à pointe de tungstène est certainement intéressante (considérez un boomerang à 3 pattes pour donner une construction plus favorable). Enfin – lancez-le dur. Après avoir recherché certains des concepts dont il parlait, je ne comprends toujours pas vraiment comment cela allongera la trajectoire de vol.Quelqu’un peut-il m’expliquer ou me diriger vers un site Web qui peut, gardez à l’esprit que je n’ai que 16 ans et que je suis assez nouveau en physique. Merci beaucoup pour votre temps. Veuillez également expliquer pourquoi vous êtes une source fiable pour ma bibliographie.

Réponses


 Floris

Permettez-moi d’essayer d’une autre manière (savoir que vous avez 16 ans aide à adapter la réponse …!).

Je ne sais pas si vous connaissez un gyroscope: c’est un disque à rotation rapide qui semble pouvoir « se tenir droit ». Si vous l’inclinez, il ne tombe pas – au lieu de cela, son axe tourne lentement dans un mouvement appelé « précession ». Vous pouvez voir une belle démonstration de cela dans cette vidéo youtube

Maintenant, un boomerang est un peu comme un gyroscope: il tourne et a un élan angulaire. Parce qu’il a la forme d’une aile (en coupe transversale), il se crée une « portance » qui le maintiendrait normalement en vol. MAIS: il y a quelque chose qui fait changer le boomerang de son angle. Ce « quelque chose » est COUPLE: couple qui est causé par le fait que le bit de l’aile qui se déplace dans la même direction que le boomerang « sent » plus de vent (et donc éprouve plus de portance) que l’aile qui recule. C’est en fait un problème que les hélicoptères rencontrent tout le temps, et en fait, dans les hélicoptères, ils changent l’angle du rotor entre la partie avant et la partie arrière du mouvement pour contrer cela (fait amusant que je suppose que vous ne saviez pas – voir par exemple

entrez la description de l'image ici

qui peut être trouvé sur http://avstop.com/ac/basichelicopterhandbook/ch2.html .

Maintenant, comme le boomerang n’a pas la capacité de changer l’angle d’attaque, il subit un couple – et tout comme dans le gyroscope, ce couple provoque une précession. Cette précession est une bonne chose pour le boomerang: si vous le lancez dans le bon sens, il changera la direction dans laquelle il pointe de sorte qu’au fil du temps, il revient d’où il vient. Maintenant, la clé pour « voler loin » est de ralentir le taux de virage pour qu’il vole loin (fait un grand cercle). Pour ce faire, il faut qu’il y ait relativement peu de couple par rapport à l’impulsion angulaire du boomerang, car c’est ce qui donne lieu à la précession.

Le couple est le résultat de la différence de vitesse du vent ressentie par « l’aile » vers l’avant par rapport à l ‘ »aile » vers l’arrière du boomerang. Si l’on considère un boomerang de rayon

r

se déplaçant à la vitesse angulaire

ω

, puis le bout de l’aile se déplace avec une vitesse

vtjep=ωr

, et si vous avez une vitesse avant

vF

la différence relative peut être trouvée en regardant ce diagramme:

entrez la description de l'image ici

à partir de laquelle vous pouvez facilement voir que l’aile aura une plus grande portance lors du déplacement vers l’avant. La différence divisée par la moyenne (différence relative de portance) devient alors:

vtjep+vFvtjepvtjepvFvtjep=2vFvtjep

De toute évidence, lorsque

vtjep>>vF

la différence devient petite. C’est pourquoi vous voulez une rotation rapide du boomerang par rapport au mouvement vers l’avant – cela ralentit la précession et donc la vitesse à laquelle le boomerang « se retourne et revient ». Vous pouvez y parvenir en agrandissant le boomerang – la pointe se déplace plus rapidement et, en prime, vous augmentez le moment d’inertie.

La seule autre chose dont nous avons besoin est que le boomerang ne doit pas perdre sa rotation trop rapidement, il a donc besoin d’un grand moment d’inertie; et bien que nous voulons qu’il tourne rapidement, nous ne voulons pas qu’il reçoive trop de portance (juste assez pour ne pas tomber sur la terre) – cela signifie que nous avons besoin d’un faible angle d’attaque pour obtenir la bonne portance pour la rotation la vitesse.

Quant à la « référence crédible »: il s’agit bien sûr d’un « interwebz » donc il faut être sceptique sur les « conseils » que vous lisez. Jetez un œil au fonctionnement de ce site et à la manière dont il a développé sa propre version de «peer review». Décidez ensuite si vous pouvez me citer comme « source crédible ».

Vous pouvez trouver l’article à http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/brng.html très utile – il contient des diagrammes expliquant tout ce qui précède, et il est généralement considéré comme une source assez fiable d’informations sur la physique . Ils utilisent le même modèle de mouvement simplifié pour le boomerang que j’ai utilisé (même si je n’avais pas trouvé cette page lorsque j’ai écrit ce qui précède).

Une dernière chose. Vous pouvez facilement faire un boomerang miniature en coupant un morceau de carton mince dans la forme approximative d’un boomerang – si vous prenez une vieille carte à jouer et la coupez comme ceci, c’est à peu près juste:

entrez la description de l'image ici

Pliez les bords de la carte comme ça (juste quelques degrés, pour lui donner un peu de relief):

entrez la description de l'image ici

Enfin, posez la carte sur le dos de votre main gauche et donnez-lui un petit coup avec votre index droit. Lorsque vous le montrez un peu, il s’envole et vous revient. Un véritable boomerang d’intérieur.

CuriousOne

Qu’est-il arrivé, mec? Il est assez évident (au moins pour certains d’entre nous) que vous savez généralement de quoi vous parlez. Pas besoin de vous lancer dans la publicité. 🙂

Floris

@CuriousOne – Je répondais spécifiquement (et de manière inhabituelle, je l’avoue) à la demande « veuillez indiquer pourquoi vous êtes une source fiable pour ma bibliographie ». Au grand jour, je suis d’accord pour dire que c’est hors de propos.

Ben

merci beaucoup vous avez été très utile :), mais où avez-vous obtenu cette équation et que signifie le 1 au début?

Floris

J’ai dérivé l’équation du diagramme que j’ai inclus dans ma dernière édition. Je l’ai légèrement changé donc il n’y a plus de «1» mais l’histoire de base est inchangée.

Ben

mais pourquoi un boomerang plus grand tournerait-il plus vite, car lorsque vous augmentez le rayon, la vitesse diminue.


 CuriousOne

Lancer plus fort signifie que vous devez réaliser deux choses:

1) Augmentation de la vitesse du boomerang. 2) Augmentation de l’efficacité avec laquelle vous pouvez convertir l’énergie cinétique de votre corps en énergie cinétique boomerang.

Les deux objectifs peuvent être atteints avec une extension du type lance-lance http://en.wikipedia.org/wiki/Spear-thrower de votre bras. La masse totale du boomerang doit également être adaptée à votre physique particulier. S’il est trop léger ou trop lourd pour vous, vous ne pourrez pas transférer une quantité optimale d’énergie dans l’appareil. C’est exactement le contraire de ce qui se passe dans le sport, où la réglementation oblige les athlètes à avoir un certain corps pour être efficace. Dans ce cas, vous pouvez ajuster l’appareil à vos besoins, ce qui signifie que vous pouvez obtenir un avantage sur un gars plus fort / plus rapide qui utilise le mauvais boomerang de poids.

CuriousOne

@Floris: La distance est fonction de l’énergie cinétique, quelle que soit la force avec laquelle il optimise l’aérodynamique. Il doit commencer par un problème simple (comment lancer une pierre le plus loin) avant de pouvoir même rêver de construire un boomerang à pointe de tungstène. Juste mes deux cents.

CuriousOne

@Floris: il a dit qu’il avait 16 ans et qu’il en savait peu sur la physique. Vous pensez qu’il peut gérer les équations réelles de mouvement d’un objet aérodynamique? Quant au boomerang ne changeant pas de hauteur … avez-vous déjà regardé une vraie trajectoire de boomerang ??? Et pourquoi mettez-vous des mots dans ma bouche maintenant? Je suis le gars qui a dit quelque chose sur les pointes en tungstène pour les plus grands moments d’inertie. Finissons-en ici, avant que ça ne devienne moche. Passe un bon moment.

Floris

Acceptez de le laisser tomber. Regardez hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/brng.html – c’est le mouvement que j’avais en tête (je me rends compte qu’il existe de nombreuses autres trajectoires, plus complexes, qui sont possibles).

CuriousOne

Je pensais davantage à l’écart entre l’explication simple et le calcul réel. Je suis plutôt un verre à moitié vide … vous l’avez peut-être remarqué. Je pense que nous pouvons tous deux convenir que c’est une chose amusante de penser à des façons de rendre les boomerangs « meilleurs », cependant. 😉

Ben

merci beaucoup CuriousOne d’avoir pris le temps d’essayer de m’aider 🙂

 

#et, aérodynamique?, boomerang, du, physique

 

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