Bumerang Physik
Der kreisförmige Rückkehrflug des Bumerangs lässt sich nicht allein durch ein einziges physikalisches Phänomen erklären. Vielmehr ist es das Zusammenspiel mehrerer Effekte.
Aber schon jetzt: Entwarnung!
Man muss nicht alle physikalischen Zusammenhänge verstanden haben, um erfolgreich Bumerangs zu bauen und werfen!
Auftrieb
Ein Bumerangflügel besitzt -genau wie eine Flugzeugtragfläche- ein Profil welches Auftrieb erzeugt. Das heißt: Wenn Luft darüber strömt, wird der Flügel nach oben gesogen. Ein Dreiflügler der sich nicht vorwärts bewegt und nur auf der Stelle dreht, würde also wie ein Hubschrauber fliegen
Kreiseleffekt
Nun rotiert der Bumerang aber nicht auf der Stelle, sondern wird durch den Abwurf vorwärts bewegt. Hier kommt das Kreiselgesetz ins Spiel.
Diesen Effekt kennt jeder vom Spielzeugkreisel oder Fahrradfahren:
Wenn wir uns auf einem stehenden Fahrrad zur Seite lehnen, kippen wir einfach um und tun uns weh.
Lehnen wir uns jedoch zur Seite wenn wir uns in der Vorwärtsbewegung befinden und die Räder sich drehen, so fahren wir eine Kurve,…anstatt umzufallen!
Wenn auf ein sich schnell drehendes Objekt eine Kraft wirkt (beim Fahrrad neigt sich der Radfahrer von oben zur Seite), dann entfaltet sich der Effekt dieser Kraft erst nach einer viertel Umdrehung (90°). Anstatt also umzukippen, geht es in die Kurve.
Beim Bumerang entwickeln die Flügel im Flug unterschiedlich viel Auftrieb. Je schneller die Luft strömt, desto größer ist der Effekt. Das heißt, wenn ein Flügel gerade oben ist, „bekommt“ er zum einen den Wind der Rotation (Vr) und zum anderen den Wind der Vorwärtsbewegung (Vt) „ab“. Die Gesamtgeschwindigkeit beträgt dann also V= Vr + Vt und diese -und damit auch der Auftrieb- sind oben am Bumerang natürlich am größten.
Was beim Radfahren das „zur Seite lehnen“ ist, entspricht beim Bumerang dem großen Auftrieb oben. Das Fahrrad fährt eine Kurve und der Bumerang fliegt eine Kurve. In der Abbildung ist dies nochmal dargestellt. Anstatt dass der Bumerang in der Vertikalen durch den Auftrieb auf die linke Seite kippt, wird er durch das Kreiselprinzip 90° später in der Horizontalen in die Kurve gedreht (Pfeil).
Das Flachlegen
Ein dritter Effekt ist schon deutlich schwieriger zu erklären. Die meisten Bumerangs werden am Anfang nahezu senkrecht abgeworfen und legen sich im Laufe ihres Fluges langsam in die Horizontale. Hier kommen vermutlich mehrere Einflüsse zum Tragen:
Zum einen sind die Flügel meist geschwungen oder sitzen wie bei unserem Zweiflügler nicht genau auf Höhe des Schwerpunktes. Dadurch wird der maximale Auftrieb ein klein wenig weiter vorn erreicht (Punkt A1). Wie wir gelernt haben, wirkt die erzeugte Kraft erst 90° später und das ist dann etwas unterhalb der horizontalen Linie. Der Bumerang wird also vorn und leicht von unten gekippt. Dadurch entsteht wieder die kreisförmige Flugbahn plus ein Flachlegen des Bumerangs.
Allerdings erklärt dieses Modell den Effekt des Flachlegens nicht für alle Bumerangs, womit wir wieder beim Kreiselgesetz sind. Fast jeder hat schon mal einen Bierdeckel geworfen und weiß, was passiert. So sehr man sich auch bemüht, wenn der Bierdeckel mit viel Rotation abgeworfen wird, kippt er im Flug automatisch um seine Achse.
Wie genau dies den Bumerangflug beeinflusst, ist schwer zu erklären und taucht tief in die Physik ein. Im Internet findet Ihr dazu mehr.
Das Zusammenspiel aller drei Faktoren ist sehr kompliziert und nicht gänzlich wissenschaftlich erfasst. Dementsprechend ist es noch nicht gelungen, ein Programm zu entwickeln, dass den Flug eines Bumerangs berechnen kann. Dennoch kann man allein mit dem groben Wissen um Profil und Flügel problemlos seinen eigenen Bumerang bauen.
Super Video zum Thema Bumerangphysik: