赛文奥特曼熟练的头镖技术一直在小编心中留下了深刻印象。为了破解这一困扰多年的难题,小编仔细观察赛文奥特曼的发射动作,结合力学分析,发现了头镖发射的可能原理。
实验器材包括所标杯、白纸、硬纸板、剪刀、胶带。首先在白纸上画出回旋镖的轮廓,方便后面的裁剪。再用胶带把轮廓图粘在硬纸板上,用剪刀沿着画好的轮廓剪出回旋镖的雏形。最后将回旋镖的三个角稍微弯折一下,这样一个简易的回旋镖就制作完成了。
回旋镖,也叫飞去来器(boomerang)。它有很多形式,我们玩的是三叶型的,澳洲土著狩猎所使用的是香蕉型的,赛文所使用的是斧型的。小编一直很好奇,赛文的冰斧为什么能在发射出去之后飞回来呢?直到小编仔细观察了赛文发射冰斧时的情形,发现与我们发射回旋镖的过程有几分相似。
流程是差不多的。第一点,扔出去的时候一定要拨腕,让回旋镖绕对称轴转起来。第二点,回旋镖的旋臂在飞之前需要稍微弯一下。第三点,要将回旋镖竖着扔出去。对于第一点,回旋镖绕自身的对称轴旋转时,会有一个沿着对称轴的角动量,这就使得回旋镖像是一个在空中转动的陀螺。
对于第二点,压弯旋臂会使旋臂在飞行的过程中受到空气产生的升力,升力的方向与我们弯曲的方向有关。而且升力会随着旋臂相对空气的速度变大而变大。对于第三点,当回旋镖的质心以v的速度运动时,回旋镖的上沿相对空气的速度是v+u,下沿的相对速度是v-u。根据第二点所讲,我们可以知道,上沿受到的升力F1要大于下沿受到的升力F2,所以两个升力相对质心合力矩如下图所示,与回旋镖的角动量垂直。
这时我们可以联想陀螺的进动,由于力矩M的作用,角动量L的方向会发生改变,这对应着回旋镖对称轴的方向发生改变,也就是说回旋镖的姿态在飞行的过程中会不断发生改变。而飞行姿态的变化意味着升力的方向在不断变化,这样一来,变化的升力会为回旋镖提供做曲线运动所需要的向心力,使回旋镖在空中划出曲线形轨迹。当参数(半径、质量、初速度等)满足某种条件时,曲线可以再次经过出发点,回旋镖就可以完成回旋,飞回我们的手里。
如果参数不满足相应的条件,那就翻车呗。
看着刚飞出去不久就回到手中的回旋镖,小编不禁有了一个大大的问号。‘童年飞出去的纸飞机,到现在才飞回手里。’这得是啥样的纸飞机,以多大的初速度,按什么轨道发射出去才能做到呢?(理工男的正经疑惑)
本文部分视频在白叔不白的帮助下拍摄完成。参考资料:[1]Boomerang Trick Shots | Dude Perfect。
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