Boomerangs

Reseña histórica Se dice que el boomerang fue una herramienta de origen Australiano hace más de 10 mil años, sin embargo estudios recientes demostraron que hace más de 30 mil años esta herramienta ya tenía su existencia en la edad de piedra, todo esto gracias al hallazgo de un objeto de esas características hecho con el colmillo de un mamut en los montes Cárpatos en Polonia el cual era usado para aturdir o matar. Este objeto describe una trayectoria circular, y, es un elemento de formas diversas usado para la caza, el entretenimiento, el deporte, etc. y tiene la peculiaridad de que si se es lanzado de la manera correcta, por efecto de las fuerzas que se producen en él vuelve al punto desde donde partió. Además de lo antes mencionado hay registros que indican que estos artefactos también fueron utilizados en Egipto y que san Isidro de Sevilla los incluía en su enciclopedia con respecto a sus características y sus formas de utilización. Por otra parte, en lo que respecta a los artefactos denominados boomerang, no todos vuelven a su punto de origen, los que utilizaban los aborígenes australianos se llamaban kylies y los boomerangs nunca fueron utilizados para la guerra. El boomerang más antiguo, que se ha encontrado es uno en Polonia en el año 1987 y supera los 20.000 años. Y estos han sido encontrados en los 5 continentes incluso encontraron uno en la tumba de Tutankhamón. En lo que respecta a la práctica deportiva se ha desarrollado en el siglo XX, siendo un simple juego de habilidad entre jóvenes. A principios del siglo xx el mayor vuelo rara vez superaba los 30 metros; en 1950 eran 50 metros y Herb Smith, el gran primer divulgador del bumerán, subió la distancia a los 100 metros, con unos pocos años de dedicación, el 17 de junio de 1972. Funcionamiento El funcionamiento de este raro y entretenido artefacto depende de principios físicos, como la sustentación aerodinámica y la precesión giroscópica. El ejemplo más conocido de sustentación aerodinámica el cual es el motivo por el cual el bumerán regresa al lanzador es debido al perfil de sus alas. Las alas de un boomerang están perfiladas de manera similar a las alas de un avión. Al moverse el perfil en el aire, o el aire alrededor del perfil, la forma del perfil hace que el aire tenga mayor velocidad por la parte superior que por la parte inferior. Esto hace que por la parte superior haya menos presión que por la inferior, lo que provoca una fuerza de sustentación perpendicular a la dirección del movimiento. La fuerza de arrastre, en la dirección del movimiento, es debida a la fricción y a la estela; tiene un valor muy inferior. Hay que hacer notar, en primer lugar, que su forma no es simétrica: viene a ser como dos alas de avión puestas en un cierto ángulo pero una mirando hacia delante y otra hacia atrás. En segundo lugar no se lanza en horizontal como se lanzaría un “fresbee” sino con un pequeño ángulo de inclinación respecto al plano vertical. Este ángulo es distinto para cada boomerang. Dependiendo de la fuerza y el ángulo en que sea lanzado la velocidad relativa del y la precesión giroscópica que hace que la trayectoria vaya curvándose hacia la izquierda y elevándose poco a poco son los efectos contribuirán a que este regrese al punto de partida. Teniendo en cuenta que el aire no se desplaza con la misma velocidad sobre las dos alas que van girando. En la realidad, por flojo que sea el viento, tiene una influencia notable en la trayectoria del boomerang . Esta dirección varía con cada boomerang y con la intensidad del viento, pero es alrededor de 45º a la derecha de la dirección del viento. El viento disminuye el ángulo de ataque en la primera parte del movimiento, retrasando su giro y elevación y permitiendo alcanzar mayores distancias. También ayuda en la elevación y en la curvatura dela trayectoria, permitiendo el retorno de boomerangs con menor sustentación. El viento puede hacer que un boomerang con bastante sustentación aparentemente bien lanzado pase muy por encima de la cabeza del lanzador y alcance distancias a su espalda muy superiores a las del frente, con gran peligro para los espectadores incautos o desprevenidos. En la práctica cada tipo de boomerang es diferente y cada uno tiene que aprender a lanzarlo a su manera. Tipos de boomerang Aunque generalmente se conocen los boomerangs con dos palas y de una forma simétrica, estas dos especificaciones no tienen que ser así ya que existen boomerangs en forma de V de W, con tres palas, palas distribuidas como las aspas de un helicóptero, con forma de canguro de tortuga de pez. Etc. El diseño “tradicional” de las fotografías de aborígenes australianos es bastante difícil de hacer volar: tiene poco momento de inercia y se desestabiliza con facilidad. Las formas habituales tienen una curvatura mucho mayor, en busca de mayor momento de inercia. Principios Dinámicos Examinemos las fuerzas que actúan sobre un boomerang de radio a El centro del bumerán se mueve en una velocidad constante V al mismo tiempo el bumerán girar con la velocidad angular ω como se muestra en la figura. El final 'superior' A se mueve con mayor velocidad V y parte 'inferior' se mueve con menor velocidad V-aw, a los antes mencionado en el funcionamiento un ala genera más levantamiento o más sustentación cuando el aire se mueve más rápido por el extradós entonces el punto A genera más levantamiento o sustentación que el punto B de la figura mostrada. Las dos Fuerzas FA y FB pueden representarse por una solo fuerza F y un solo momento C. Con esta simple representación de las fuerzas que actúan sobre el boomerang, podemos dar dos razones por las que se mueve en una trayectoria circular. 1. Una Fuerza Centrípeta constante F produce un movimiento circular con velocidad V en un radio R. F = mV^2/R eq.1 2. Un par constante C que actúa sobre un giróscopo en movimiento a una la velocidad angular ω causa la precesión estable en tasa Ω. C= J ω Ω eq.2 Si la tasa de precesión Ω corresponde exactamente a la velocidad angula del movimiento circular, entonces el bumerán permanece tangencial a la trayectoria del vuelo como se muestra. Esto da una ecuación que relaciona V con Ω. V=R Ω eq.3 La fuerza de sustentación aerodinámica L que actúa sobre una superficie Sw que se mueve a velocidad v en el aire con densidad ρ está dada por L= ½ ρ.(v^2).CL.Sw Donde CL se define como el coeficiente de sustentación, se puede demostrar mediante la integración de la fuerza de elevación sobre el área de un boomerang en forma de cruz que la fuerza de elevación neta F y el par aerodinámico C están dadas por Donde As=PIa^2 es el área barrida del boomerang y V, ω y a son la velocidad, la aceleración centrifuga y el radio del boomerang. Para la ecuaciones 2,3 y 6 nos encontramos con que el radio R de la trayectoria de vuelo circular es independiente de la aceleración centrífuga ω y la velocidad de avance V y que es una constante para un boomerang dado. Curiosidades • Como funcionaria un avión si sus alas estuvieran dispuestas al igual que un boomerang (Ala izq. con borde de ataque hacia adelante y ala der. con el borde de fuga hacia adelante) RE: Un ala al estar al revés genera poca o nula sustentación, ya que el perfil aerodinámico es técnicamente otro, en comparación al ala que esta con el borde de ataque en dirección del movimiento. Por lo tanto el desequilibrio de fuerzas haría que el avión no logre despegar correctamente. La única manera en la que un avión vuele con las alas así es que ambas roten respecto a un eje y por lo tanto sería un helicóptero. • Existe otra manera de comparar el funcionamiento del boomerang con la realidad? RE: Se dice que el vuelo de un boomerang puede compararse con la rueda de una bicicleta girando del siguiente modo: Si el boomerang es lanzado a una leve inclinación con respecto a la vertical y a cierta velocidad, este dará vueltas continuamente hasta que regresa al lanzador, es decir, un círculo completo. Suponiendo que rodamos en una bicicleta y nos inclinamos un poco hacia un lado, esta hará una forma circular o en su caso dará la vuelta completa, al igual que un motociclista se inclina para dar una vuelta en U. • Afectaría el vuelo del bumerang que la madera internamente tenga imperfecciones ( pequeñas aperturas internas) RE: El boomerang en este caso estaría levemente desbalanceado dependiendo de donde estén distribuidas estas imperfecciones en este caso sucedería que el boomerang no haga su recorrido como seria normalmente, y si el desbalance es exagerado, cuando sea lanzado tome una dirección incorrecta de recorrido. • Luego de darle un acabado perfecto al boomerang lo barnizamos, esto afectaría en la resistencia de este? RE: si afectaría al vuelo, ya que si el acabado queda liso tendremos una superficie con menos fricción, quiere decir que se reduce la fuerza de roce con el aire, es decir, esto generará menos resistencia lo cual beneficia el vuelo del boomerang