Timna preguntó: ¿Puedes explicarnos cómo funciona un bumerán? En qué principios físicos se basa?
Hola Timna,
El bumerán es un arma y un juego que se inventó hace más de diez mil años. A pesar de su diseño simple y antiguo, hay una gran cantidad de física interesante que aprender de su movimiento.
El bumerán se asocia principalmente con los aborígenes australianos, que lo utilizaban para cazar y en competiciones. Sin embargo, se pueden encontrar herramientas similares en otras civilizaciones de todo el mundo; desde los antiguos egipcios hasta las tribus nativas americanas. Todo esto ocurrió años antes de que Newton propusiera las leyes de la física clásica, que hoy nos permiten comprender el movimiento del bumerán.
|Bumerán australiano | Fotografía de: Guillaume Blanchard, Wikipedia
Hay varios tipos de boomerangs con diferentes formas: algunos vuelven a la mano cuando se lanzan y otros no. El bumerán australiano está compuesto por dos alas unidas en forma de V obtusa. La forma de las alas es aerodinámica, similar a la de un avión. Y su lado ancho gira en direcciones opuestas, por lo que al girar siempre estará en la dirección del movimiento. Para que el bumerán vuelva a nosotros, tenemos que lanzarlo verticalmente y añadir un movimiento de giro al soltarlo. Este movimiento de autogiro es un factor clave en el movimiento ya que estabiliza el bumerán en el aire -similar a un frisbee- permitiendo que regrese al lanzador.
Para entender el movimiento del bumerán observaremos primero las alas. Debido a su forma aerodinámica, mientras el ala se mueve, el aire por encima de ella se mueve más rápido que el aire por debajo, de forma similar al ala de un avión. Según el principio de Bernoulli, esta diferencia de velocidades crea una diferencia de presión entre los dos lados del ala, y crea una fuerza de flotación, que empuja el ala. Dado que el bumerán se lanza verticalmente, la fuerza de flotación apunta hacia un lado, perpendicular a la dirección del lanzamiento. Sin embargo, esto no es suficiente para que el bumerán se vuelva hacia el lanzador. El bumerán gira sobre sí mismo, lo que significa que tiene un momento angular. Cambiar el momento angular de un objeto requiere la aplicación de un par de torsión. Al igual que un objeto que se mueve a una velocidad constante no cambiará su velocidad mientras no se le aplique ninguna fuerza (primera ley del movimiento de Newton), un objeto que se mueve con un momento angular constante no cambiará su momento angular mientras no se le aplique un par de torsión.
Flujo de aire alrededor de las alas del bumerán | Ilustración: Wikipedia
Si nos fijamos bien en las alas descubriremos que también giran y avanzan en la dirección del movimiento del bumerán. En un momento dado, el ala superior gira en la dirección del movimiento del bumerán y el ala inferior gira en la dirección opuesta. Por lo tanto, el ala superior se mueve más rápido en comparación con el aire, y el empuje ejercido sobre ella es mayor que el ejercido sobre la inferior. Esto da lugar a un par de torsión mayor en el ala superior que en la inferior, lo que hace que el bumerán esté sometido a un par de torsión que lo hace girar y hace que se mueva en un movimiento circular de vuelta al lanzador.
Un fenómeno similar ocurre al hacer girar un dreidel. Primero el dreidel gira sobre sí mismo, pero la gravedad aplica un par de torsión sobre el dreidel, haciendo que se mueva en círculos más grandes hasta que cae. Este movimiento se denomina precesión y es muy común en los objetos que giran. La precesión del dreidel lo hace girar en amplios círculos, y finalmente provoca su caída; la precesión del bumerán lo devuelve al lanzador.
Boomerang – pregunta de vuelta a ti
¿Qué crees que ocurriría si lanzáramos un bumerán en horizontal? ¿Hacia qué dirección irá? ¿Volverá al lanzador?