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Gerhard Kaltenegger
Experimentieren mit Gewichten
 
Daß man mit Gewichten das Flugverhalten von Bumerangs verändern kann, ist nicht neu. Denjenigen, die damit noch keine Erfahrung haben oder einfach Lust verspüren, ein bißchen zu experimentieren, möchte ich hier ein interessantes Modell vorstellen sowie die aerodynamischen Zusammenhänge in den Grundzügen erläutern (die Feinheiten der Bumerang-Physik, über die schon ganze Bücher mit vielen schönen Formeln geschrieben worden sind, bleiben dabei außer Betracht).
Erstmal zum Bauplan:
Ich habe eine ganz normale Standard-Form gewählt. Im Ellenbogen sind zwei Löcher zur Aufnahme von Gewichten gebohrt, weitere in der Mitte der Flügel (kann man auch weglassen) und an den Flügelenden. Für den Bau bieten sich zwei Möglichkeiten: 1- 6,5 mm Multiplex (Birke, 5schichtig, sehr preisgünstig). An den bezeichneten Stellen von oben her Löcher (Durchmesser 16mm) bohren, nicht ganz durch! Mit einer Bohrmaschine und Bohrständer mit Anschlag ist das kein Problem. Wer so etwas nicht hat, sollte lieber ein paar mal absetzen und die angebohrten Schichten zählen! 2. Da das Experiment umso besser funktioniert, je leichter das Material ist, habe ich folgende Bauweise gewählt:
Bumerang aus möglichst leichtem 3fach-Sperrholz (Limba oder ähnliches), ca. 4,5 mm, aussägen und die Löcher ganz durchbohren. Dann die gleiche Form aus 1,5 mm Flugzeugsperrholz (ohne Löcher!) ausschneiden und unter das Limbateil leimen. Anschließend profilieren, einfliegen und lackieren.
 
Dann braucht man noch passende Bleiplättchen (Stanzeisen in Lochgröße). Altblei gibt es bei jedem Dachdecker für ein paar Pfennige. Gewicht je Lochfüllung: ca. 10 Gramm.
Und nun kann's losgehen:
Füllt man die beiden Löcher am Ellenbogen (mit Isolierband umkleben, ebenso die leeren Löcher, damit keine Verwirbelungen entstehen; Luftwiderstand!), so wird der Bumerang einen deutlich kleineren Kreis beschreiben, als ohne Gewichte. Der Abwurfwinkel ist dabei relativ klein (also fast senkrecht werfen), die Wurfkraft gering zu halten. Fester werfen bringt keine größere Weite; der Bumerang steigt nur hoch, hovert ewig oder fliegt eineinhalb Runden.
Gewichtet man dagegen die Löcher an den Flügelenden (leere Löcher zukleben; siehe oben), bleibt das Gesamtgewicht des Bumerangs gleich groß wie bei der bisherigen Versuchsanordnung. Man muß nur mit größerem Abwurfwinkel (ca. 450) und fester werfen, damit der Bumerang zurückkommt. Der Flugbahndurchmesser wird nun etwa doppelt so groß, wie vorher.
 
Worauf beruht dies nun?
Der Bumerang erzeugt mit seinen beiden profilierten Armen beim Durchschneiden der Luft Auftrieb. Dieser ist umso größer, je schneller das Durchschneiden erfolgt. Der Vorgang ist sehr komplex, u.a. steigt mit der Anströmgeschwindigkeit der Luft auch der Widerstand; aber Einzelheiten wollen wir uns, wie schon gesagt, ersparen.
 
Der Auftrieb wirkt immer senkrecht zur Profilsehne (Profilquerschnitt) bzw. zur Bumerangebene. Wer hierzu genaueres wissen will, möge in der einschlägigen Literatur nachlesen.

Der Bumerang dreht sich im Flug um seinen Schwerpunkt S. Er kann daher mit einer Scheibe verglichen werden, deren Mittelpunkt im Schwerpunkt liegt. Die Flügel beschreiben dann Kreise um den Mittelpunkt/Schwerpunkt. Bei einem symmetrischen Bumerang drehen die beiden Flügelspitzen sich auf derselben Kreisbahn, dem "Rand" der Scheibe.

Betrachten wir nun einen Arm mit dem Punkt A in der Nähe der Flügelspitze. Dieser beschreibt, wie schon gesagt, einen Kreis um S. Der Kreisbogen (-Wegstrecke), den A im Lauf einer Umdrehung beschreibt, ist größer als die Wegstrecke eines beliebigen Punktes B. Bei Betrachtung nach teilweiser Drehung gilt: A-A' ist größer als B-B'. Da A und B eine Umdrehung in der gleichen Zeit durchlaufen, muß der Punkt A zwangsläufig eine größere Geschwindigkeit haben als der Punkt B. Da aber der Auftrieb mit der Geschwindigkeit steigt, bedeutet das, daß der Auftrieb im Punkt A größer ist als im Punkt B. Oder anders ausgedruckt: Bei gleicher Drehgeschwindigkeit wird umso mehr Auftrieb erzeugt, je größer der Abstand des beobachteten Punktes vom Schwerpunkt ist. Und diesen Abstand können wir mit - unserem "Experang" verändern:


Füllen wir die Löcher am Ellenbogen mit Blei, rückt der Schwerpunkt zu diesem hin, die Abstände Sl-Al und Sl-A2 werden größer, der Auftrieb an den Flügeln ebenfalls, der Bumerang dreht stärker ein, die Flugbahn wird kleiner. Füllen wir die Löcher an den Flügelenden, wandert der Schwerpunkt vom Ellenbogen weg, die Abstände S2-Bl und S2-B2 sind ersichtlich kleiner als bei Gewichtung am Ellenbogen. Es wird weniger Auftrieb erzeugt; die Flugbahn wird deutlich größer.
Damit der Bumerang überhaupt "die Kurve kriegt", muß man ihn wie schon ausgeführt - fester und mit mehr Neigung werfen. Fester, weil der Bumerang wegen des geringeren Auftriebs weniger stark eindreht; er muß daher eine größere Wegstrecke zurücklegen und benötigt hierzu mehr Energie. Mehr Neigung (flacher), weil für die Überwindung der Schwerkraft, die den Bumerang nach unten zieht, weniger Auftrieb zur Verfügung steht. Das kann dadurch ausgeglichen werden, daß die Richtung des Auftriebs mehr in die Gegenrichtung der Erdanziehung wirkt, also mehr in Richtung der Senkrechten von der Erdoberfläche weg. Dies läßt sich durch stärkere Schrägneigung des Bumerangs (Bumerangebene b) beim Abwurf (- größerer Abwurfwinkel ) erreichen. Zur Verdeutlichung zwei Skizzen links: Sie sollen den Bumerang im Moment des Abwurfs von hinten in Wurfrichtung gesehen darstellen. Der Auftrieb (A) ist durch unterschiedliche Lage der Gewichte trotz gleichen Gesamt-Gewichtes verschieden groß! R ist der Anteil des Auftriebs, welcher der Schwerkraft entgegenwirkt. Ist R kleiner als die Erdanziehung fällt der Bumerang zu Boden.
 
Und nun viel Spaß beim Experimentieren in allen Varianten! Die auf dem Bauplan ersichtlichen Kreise sind im übrigen um die Schwerpunkte bei Gewichtung am Ellenbogen und an den Flügelenden gezogen. Der Bumerang ist infolge der Bohrungen natürlich etwas instabil. Auch meiner ist schon mal zu Bruch gegangen (zu wenig Schrägneigung bei Gewichtung an den Flügelenden). In solchen Fällen hilft Zwei-Komponenten-Kleber o.ä.; die Klebestelle ist dann jedenfalls stabiler als das Umfeld!
 
Many happy and variable returns!
 
Anschrift des Autors:
Breslauer Str. 20
5309 Meckenheim


 
   
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