השאלה המלאה: האם תוכלו להסביר לנו איך בומרנג עובד? על איזה עקרונות פיסיקליים הוא מסתמך? תמנה


שלום תמנה,

בומרנג הוא כלי נשק ומשחק שהומצא כבר לפני יותר מעשרת אלפים שנה. למרות התכנון הפשוט והקדום שלו אפשר ללמוד הרבה פיסיקה מעניינת מהתנועה שלו.

הבומרנג מזוהה בעיקר עם הילידים האבורג'ינים של אוסטרליה שהשתמשו בו לציד ולתחרויות, אבל כלים דומים לו הופיעו גם בתרבויות אחרות בעולם, החל במצרים הקדמונים וכלה בשבטים אינדיאניים באמריקה. כל זה קרה אלפי שנים לפני שניוטון הגה וניסח את חוקי הפיסיקה הקלאסית שבעזרתם אנו מבינים כיום את תנועתו.


בומרנג אוסטרלי | צילום: גיום בלנשאר, ויקיפדיה

יש כמה סוגים של בומרנגים שצורותיהם שונות – חלקם חוזרים לכיוון היד שיידתה אותם וחלקם לא. הבומרנג האוסטרלי מורכב משתי כנפיים מחוברות בצורת V  בזווית קהה. צורת הכנפיים אווירודינמית, בדומה לכנפיים של מטוס, והצד הרחב שלהן פונה לכיוונים הפוכים כדי שבמהלך סיבוב הוא יימצא תמיד בכיוון התנועה. על מנת שהבומרנג יחזור אלינו יש לזרוק אותו בצורה אנכית ולהוסיף לו תנועה סיבובית בשעה משחררים אותו מהיד. הסיבוב העצמי הזה הוא מרכיב מרכזי בתנועה, שמעניק לבומרנג יציבות באוויר – בדומה לצלחת מעופפת – ומאפשר לו לחזור אל הזורק.

כדי להבין את התנועה של הבומרנג נסתכל תחילה על הכנפיים. בגלל הצורה האווירודינמית שלהן, בשעה שהכנף נעה האוויר נדחק כלפי מטה, בדומה לכנף מטוס. לפי החוק השלישי של ניוטון - הסטת כיוון זרימת האוויר מטה מפעילה כוח נגדי הפוך -  כוח עילוי הדוחף את הכנף. מאחר שזורקים את הבומרנג בצורה אנכית, כוח העילוי פונה הצדה – במאונך לכיוון הזריקה.

אך לא די בכך כדי לסובב את הבומרנג ולגרום לו לחזור אלינו. הבומרנג מסתובב סביב עצמו, כלומר יש לו תנע זוויתי. כדי לשנות את התנע הזוויתי של גוף צריך להפעיל עליו מומנט כוח. כפי שגוף שנע במהירות קבועה לא ישנה את מהירות כל עוד לא יופעל עליו כוח (החוק הראשון של ניוטון), גוף שנע בתנע זוויתי קבוע לא ישנה את התנע הזוויתי כל עוד לא יופעל עליו מומנט כוח.


זרימת האוויר סביב כנפי הבומרנג | תרשים: ויקיפדיה

אם נסתכל מקרוב על הכנפיים נגלה שהן גם מסתובבות וגם נעות קדימה בכיוון התנועה של הבומרנג. בכל רגע נתון הכנף העליונה מסתובבת בכיוון התנועה של הבומרנג והכנף התחתונה מסתובבת נגד כיוון התנועה. לפיכך הכנף העליונה נעה מהר יותר ביחס לאוויר וכוח העילוי הפועל עליה גדול יותר מזה שפועל על הכנף התחתונה. כתוצאה מכך מומנט הכוח בכנף העליונה גדול יותר מאשר בכנף התחתונה ולכן פועל על הבומרנג מומנט כוח שמסובב אותו וגורם לו לנוע בתנועה מעגלית בחזרה אל הזורק.

תופעה דומה מתרחשת כשמסובבים סביבון. תחילה הסביבון מסתובב סביב עצמו, אך כוח המשיכה מפעיל מומנט כוח על הסביבון והוא מתחיל לעשות מעגלים גדולים יותר עד שהוא נופל. לתנועה הזו קוראים נקיפה והיא נפוצה מאוד בגופים מסתובבים. הנקיפה של הסביבון מסובבת אותו בסיבובים רחבים ולבסוף מפילה אותו; הנקיפה של הבומרנג מחזירה אותו לזורק.

לחצו על הקישור להוראות בנייה ולהסבר מפורט נוסף על אופן פעולת בומרנג.

בומרנג – בחזרה אלייך
מה יקרה לדעתך אם נזרוק בומרנג בצורה אופקית? לאיזה כיוון הוא ינוע? האם הוא יחזור אל הזורק?

חגי אדרי
המחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות
מכון ויצמן למדע


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.