賽文奧特曼的頭鏢是如何做到來去自如的?|正經玩

2020-12-14 中科院物理所

作為特殊的存在

賽文奧特曼熟練的頭鏢技術

一直在小編心中留下了深刻印象

為了破解這一困擾多年的難題

小編仔細觀察賽文奧特曼的發射動作

結合力學分析

發現了頭鏢發射的可能原理

實驗器材

所標杯、白紙、硬紙板、剪刀、膠帶

實驗過程

首先在白紙上畫出

迴旋鏢的輪廓

方便後面的裁剪

再用膠帶把輪廓圖粘在硬紙板上

用剪刀沿著畫好的輪廓

剪出迴旋鏢的雛形

最後將迴旋鏢的三個角

稍微彎折一下

這樣一個簡易的迴旋鏢

就製作完成了

快去試一試吧

發射時的手部動作

原理解說

迴旋鏢,也叫飛去來器(boomerang)。它有很多形式,我們玩的是三葉型的,澳洲土著狩獵所使用的是香蕉型的,賽文所使用的是斧型的~

小編一直很好奇,賽文的冰斧為什麼能在發射出去之後飛回來呢?直到小編仔細觀察了賽文發射冰斧時的情形,發現與我們發射迴旋鏢的過程有幾分相似。

流程是差不多的

第一點,扔出去的時候一定要撥腕讓迴旋鏢繞對稱軸轉起來

第二點,迴旋鏢的旋臂在飛之前需要稍微彎一下。

第三點,要將迴旋鏢豎著扔出去。

對於第一點,迴旋鏢繞自身的對稱軸旋轉時,會有一個沿著對稱軸的角動量,如下圖所示。這就使得迴旋鏢像是一個在空中轉動的陀螺。

對於第二點,壓彎旋臂會使旋臂在飛行的過程中受到空氣產生的升力,升力的方向與我們彎曲的方向有關(實驗中的是與角動量的方向相同)。而且升力會隨著旋臂相對空氣的速度變大而變大。

對於第三點,從上圖可以看到,當迴旋鏢的質心以v的速度運動時,迴旋鏢的上沿相對空氣的速度是v+u,下沿的相對速度是v-u。根據第二點所講,我們可以知道,上沿受到的升力F1要大於下沿受到的升力F2,所以兩個升力相對質心合力矩如下圖所示,與迴旋鏢的角動量垂直。

這時我們可以聯想陀螺的進動,由於力矩M的作用,角動量L的方向會發生改變,這對應著迴旋鏢對稱軸的方向發生改變,也就是說迴旋鏢的姿態在飛行的過程中會不斷發生改變。而飛行姿態的變化意味著升力的方向在不斷變化,這樣一來,變化的升力會為迴旋鏢提供做曲線運動所需要的向心力,使迴旋鏢在空中劃出曲線形軌跡。

當參數(半徑、質量、初速度等)滿足某種條件時,曲線可以再次經過出發點,迴旋鏢就可以完成迴旋,飛回我們的手裡。如果參數不滿足相應的條件,那......那就翻車唄~

看著剛飛出去不久就回到手中的迴旋鏢,小編不禁有了一個大大的問號?「童年飛出去的紙飛機,到現在才飛回手裡。」這得是啥樣的紙飛機,以多大的初速度,按什麼軌道發射出去才能做到呢?(理工男的正經疑惑)

本文部分視頻在白叔不白的幫助下拍攝完成

參考資料

[1]Boomerang Trick Shots | Dude Perfect

上期回顧

NO.205 吃火鍋夾不住牛丸的原因找到了~ | 正經玩

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08.唐的實驗分享如下:

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11.Hg-194的實驗分享如下:

12.jianjun wu的實驗分享如下:

13.劉崔源的實驗分享如下:

14.抹抹茶的實驗分享如下:

15.滕子超的實驗分享如下:

16.汪德勝的實驗分享如下:

17.楊佳炎的實驗分享如下:

18.元哥的實驗分享如下:

19.中二所永不翻車的實驗分享如下:

20.于越的實驗分享如下:

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