分類:
迴旋鏢的英文名稱為"Boomerang",分為兩種:(1)可迴旋(即所謂的迴旋鏢)
旋轉鏢通常較重且較長,以增加殺傷獵物的能力.
(2)不可迴旋(姑稱之"旋轉鏢")
為什麼迴旋鏢可以飛回來呢
——螺旋槳與陀螺儀的混合體
仔細觀察兩翼面的厚薄,發現兩翼並非以中心線鏡面對稱的.一般稱較厚的一端為前緣,而較薄的一端為尾端.由剖面圖知,(右手)迴旋鏢的厚薄配置為:右翼外緣及左翼內側為前緣,右翼內側及左翼外緣為尾端.故右手擲鏢後,如圖迴旋鏢將逆時針旋轉,此時較厚一端將永遠在前,而較薄一端則是永遠追隨其後.
若將迴旋鏢彎曲的兩翼拉直,中心鑽個小洞,再插入一根竹棒竹蜻蜓
—直升機螺旋槳旋鏢想像成竹蜻蜓的翼面.的螺旋槳或飛機翼的剖面皆如同圖三的剖面圖,當翼面穿過空氣時,上面的空氣流被排擠偏離較遠,但又與下端空氣流同時於尾端結合,如圖四所示.以相對於翼面靜止的觀察者而言,這意味著上面的空氣流流速較快,而下面的空氣流流速較慢.通常流速快的氣壓較流速面的氣壓來得低,此即所謂的"白努利原理 (Bernoulli's principle )"[3],因此翼面感受到一向上的淨提升力(lift force).
不過我們都只有見過掉下來的竹蜻蜓,從未見過迴轉一圈回來的竹蜻蜓,可見此一類比只能解釋迴旋鏢的漂浮能力,而無法完全說明其迴轉的動力.與迴旋鏢相似,本身自轉而且同時繞著某箇中心軸迴轉的例子,其實大家應不陌生,陀螺(gyroscope)便是這樣的典範:當陀螺的中心軸不是鉛直而是傾斜時,我們不是常見陀螺整體繞著通過支點的鉛直線打轉嗎 這便是所謂的"進動(precession)"[3],如圖五所示.又若陀螺本身沒有自轉,則當陀螺傾斜時,重力不再與中心軸平行,陀螺便會有傾倒的趨勢.另一
圖五,陀螺的進動
方面,重力所造成的傾倒運動又可視為陀螺質心以支點為圓心的轉動,故我們又可稱此時有一轉動的趨勢,物理學則將此趨勢量化為所謂的"力矩(torque)".此轉動方向以右手四指圈住,則拇指的方向即為力矩的方向.一般而言,力矩與物體的轉動軸平行,其所驅動的轉動會與物體原轉動同向或反向,故使轉動加速或減速.然而如圖五的情況,力矩與物體的轉動軸垂直,則自轉轉速不變,取而代之的是自轉軸的方向改變.由於無論自轉軸方向做多少改變,力矩方向始終與之保持垂直,故自轉軸不斷地改變方向,最終繞一圈回來,而有所謂的進動產生 [3].
了解白努利原理讓直升機螺旋槳產生的提升力以及力矩垂直於陀螺轉動軸所造成的進動後,將二者混合為一,即成迴旋鏢的飛行原理.不
圖六,白奴利原理對迴旋鏢的影響
過此時的螺旋槳不是水平擺置而是垂直放置,而其相對應的陀螺自轉軸與鉛直線成九十度角.如圖六左邊之側視圖所示,由於迴旋鏢一邊飛行一邊自轉,故上半邊的速率較下半邊快.根據白奴利原理,上半邊會有大於下
半邊的側向力,如圖六右邊之後視圖所示.若迴旋鏢沒有自轉,則此力會圖七,垂直於自轉軸的力矩產生迴旋動力
造成鏢體側向翻轉,即有一力矩作用於迴旋鏢.然而迴旋鏢具有自轉,且自轉軸與此力矩垂直,如圖七所示,故自轉軸會不斷地轉動,迴旋鏢則是相對地繞圓圈迴轉.由於丟擲者即位於迴轉的圓圈上,故迴旋鏢必飛回丟擲者.