Timna perguntou: Pode explicar-nos como funciona um bumerangue? Em que princípios físicos se baseia?
Hi Timna,
O bumerangue é uma arma e um jogo que foi inventado há mais de dez mil anos. Apesar do seu desenho simples e antigo, há muita física interessante a aprender com o seu movimento.
O bumerangue está associado principalmente aos aborígenes australianos nativos, que o utilizavam para a caça e em competições. Contudo, instrumentos semelhantes podem ser encontrados noutras civilizações em todo o mundo; desde os antigos egípcios às tribos nativas americanas. Tudo isto ocorreu anos antes de Newton propor as leis da física clássica, o que hoje nos permite compreender o movimento do bumerangue.
|Bumerangue australiano | Fotografia por: Guillaume Blanchard, Wikipedia
Existem vários tipos diferentes de bumerangues com formas diferentes – alguns voltam à mão quando atirados, e outros não. O bumerangue australiano é composto por duas asas fixadas em forma de V em forma de ângulo obtuso. A forma das asas é aerodinâmica, semelhante às de um avião. E o seu lado largo gira em direcções opostas, por isso, enquanto gira, estará sempre na direcção do movimento. Para que o bumerangue volte para nós, precisamos de o lançar verticalmente e adicionar um movimento de torção quando o soltarmos. Este movimento de auto-volta é um factor chave no movimento uma vez que estabiliza o bumerangue no ar – semelhante a um frisbee – permitindo o seu regresso ao lançador.
A fim de compreender o movimento do bumerangue, observaremos primeiro as asas. Devido à sua forma aerodinâmica, enquanto a asa se move, o ar acima move-se mais rapidamente do que o ar por baixo, semelhante a uma asa de um avião. De acordo com o princípio de Bernoulli, esta diferença de velocidades cria uma diferença de pressão entre os dois lados da asa, e cria uma força de flutuação, que empurra a asa. Uma vez que o bumerangue é lançado verticalmente, a flutuabilidade é apontada para o lado – perpendicularmente à direcção do lançamento. Contudo, isto em si não é suficiente para fazer com que o bumerangue volte para o lançador. O bumerangue gira em torno de si mesmo, o que significa que tem um impulso angular. A alteração do momento angular de um objecto requer a aplicação de um torque. Tal como um objecto em movimento a uma velocidade constante não alterará a sua velocidade desde que não lhe seja aplicada qualquer força (primeira lei de Newton), um objecto em movimento a um momento angular constante não alterará o seu momento angular desde que não lhe seja aplicado qualquer binário.
Fluxo de ar à volta das asas do bumerangue | Ilustração: Wikipedia
Se observarmos de perto as asas, descobriremos que elas também giram e avançam na direcção do movimento do bumerangue. Em qualquer momento, a asa superior gira na direcção do movimento do bumerangue e a asa inferior gira na direcção oposta. Portanto, a asa superior move-se mais rapidamente em relação ao ar, e a flutuação exercida sobre ela é maior do que a exercida sobre a inferior. Isto resulta num torque maior na asa superior do que na inferior, resultando num torque que o bumerangue é submetido a um movimento circular de volta para o lançador.
Ocorre um fenómeno semelhante enquanto gira um dreidel. Primeiro a dreidel gira à sua volta, mas a gravidade aplica um torque sobre a dreidel, fazendo com que esta se mova em círculos maiores até cair. Este movimento é denominado de precessão e é muito comum em objectos de fiação. A precessão da dreidel gira-a em largas voltas, e eventualmente provoca a sua queda; a precessão do bumerangue devolve-a ao lançador.
Boomerang – pergunta de volta para si
O que pensa que acontecerá se lançarmos um bumerangue horizontalmente? Para que direcção irá? Irá regressar ao lançador?