Timna ha chiesto: Puoi spiegarci come funziona un boomerang? Su quali principi fisici si basa?
Ciao Timna,
Il boomerang è un’arma e un gioco inventato più di diecimila anni fa. Nonostante il suo design semplice e antico, c’è una grande quantità di fisica interessante da imparare dal suo movimento.
Il boomerang è associato principalmente ai nativi aborigeni australiani, che lo usavano per la caccia e nelle gare. Tuttavia, strumenti simili possono essere trovati in altre civiltà di tutto il mondo, dagli antichi egizi alle tribù di nativi americani. Tutto questo avveniva anni prima che Newton proponesse le leggi della fisica classica, che oggi ci permettono di comprendere il movimento del boomerang.
|Boomerang australiano | Fotografia di: Guillaume Blanchard, Wikipedia
Ci sono diversi tipi di boomerang con forme diverse – alcuni ritornano alla mano quando vengono lanciati, altri no. Il boomerang australiano è composto da due ali attaccate in una forma a V ottusa. La forma delle ali è aerodinamica, simile a quella di un aereo. E il loro lato largo gira in direzioni opposte, così mentre gira sarà sempre nella direzione del movimento. Affinché il boomerang ritorni a noi, dobbiamo lanciarlo verticalmente e aggiungere un movimento di rotazione quando lo rilasciamo. Questo movimento di auto-rotazione è un fattore chiave nel movimento poiché stabilizza il boomerang in aria – simile a un frisbee – permettendogli di tornare al lanciatore.
Per capire il movimento del boomerang osserveremo prima le ali. A causa della loro forma aerodinamica, mentre l’ala si muove, l’aria sopra di essa si muove più velocemente dell’aria sotto di essa, come un’ala di un aereo. Secondo il principio di Bernoulli, questa differenza di velocità crea una differenza di pressione tra i due lati dell’ala, e crea una forza di galleggiamento, che spinge l’ala. Dato che il boomerang viene lanciato verticalmente, il galleggiamento è puntato lateralmente – perpendicolarmente alla direzione del lancio. Tuttavia, questo di per sé non è sufficiente a far tornare il boomerang verso il lanciatore. Il boomerang gira su se stesso, il che significa che ha un momento angolare. Cambiare il momento angolare di un oggetto richiede l’applicazione di una coppia. Proprio come un oggetto che si muove a velocità costante non cambierà la sua velocità finché non gli viene applicata una forza (prima legge del moto di Newton), un oggetto che si muove a momento angolare costante non cambierà il suo momento angolare finché non gli viene applicata una coppia.
Flusso d’aria intorno alle ali del boomerang | Illustrazione: Wikipedia
Se osserviamo da vicino le ali scopriremo che anch’esse girano e si muovono in avanti nella direzione del moto del boomerang. In ogni momento, l’ala superiore gira nella direzione del moto del boomerang e l’ala inferiore gira nella direzione opposta. Pertanto, l’ala superiore si muove più velocemente rispetto all’aria, e la spinta di galleggiamento esercitata su di essa è maggiore di quella esercitata su quella inferiore. Questo si traduce in una coppia maggiore sull’ala superiore rispetto all’ala inferiore, con il risultato che il boomerang è soggetto a una coppia che lo fa girare e lo fa muovere in un movimento circolare verso il lanciatore.
Un fenomeno simile si verifica durante la rotazione di un dreidel. All’inizio la trottola gira su se stessa, ma la gravità applica una coppia sulla trottola, facendola muovere in cerchi più grandi fino a quando non cade. Questo movimento è chiamato precessione ed è molto comune negli oggetti che girano. La precessione del dreidel lo fa girare in ampi giri, e alla fine lo fa cadere; la precessione del boomerang lo riporta al lanciatore.
Boomerang – domanda a voi
Cosa pensate che succederebbe se lanciassimo un boomerang in orizzontale? In quale direzione andrà? Tornerà al lanciatore?