请问为什么回力镖(回旋镖)会回旋啊?请用物理力学分析~假如按照常规的受力分析的话,是没可能会反方向运动的。我知道是与空气有关,那...
请问为什么回力镖(回旋镖)会回旋啊?
请用物理力学分析~假如按照常规的受力分析的话,是没可能会反方向运动的。我知道是与空气有关,那么是怎么影响呢?与其结构又有何关系呢?回旋镖是如何做到回旋的?
回旋镖(回力标)怎回事?
扔出去还能回来的东西,旋转地,什么原理,如何自己做——螺旋桨与陀螺仪的混合体
仔细观察两翼面的厚薄,发现两翼并非以中心线镜面对称的.一般称较厚的一端为前缘,而较薄的一端为尾端.由剖面图知,(右手)回旋镖的厚薄配置为:右翼外缘及左翼内侧为前缘,右翼内侧及左翼外缘为尾端.故右手掷镖后,如图回旋镖将逆时针旋转,此时较厚一端将永远在前,而较薄一端则是永远追随其后.
若将回旋镖弯曲的两翼拉直,中心钻个小洞,再插入一根竹棒竹蜻蜓
—直升机螺旋桨旋镖想像成竹蜻蜓的翼面.的螺旋桨或飞机翼的剖面皆如同图三的剖面图,当翼面穿过空气时,上面的空气流被排挤偏离较远,但又与下端空气流同时於尾端结合,如图四所示.以相对於翼面静止的观察者而言,这意味著上面的空气流流速较快,而下面的空气流流速较慢.通常流速快的气压较流速面的气压来得低,此即所谓的"白努利原理 (Bernoulli's principle )"[3],因此翼面感受到一向上的净提升力(lift force).
不过我们都只有见过掉下来的竹蜻蜓,从未见过回转一圈回来的竹蜻蜓,可见此一类比只能解释回旋镖的漂浮能力,而无法完全说明其回转的动力.与回旋镖相似,本身自转而且同时绕著某个中心轴回转的例子,其实大家应不陌生,陀螺(gyroscope)便是这样的典范:当陀螺的中心轴不是铅直而是倾斜时,我们不是常见陀螺整体绕著通过支点的铅直线打转吗 这便是所谓的"进动(precession)"[3],如图五所示.又若陀螺本身没有自转,则当陀螺倾斜时,重力不再与中心轴平行,陀螺便会有倾倒的趋势.另一
图五,陀螺的进动
方面,重力所造成的倾倒运动又可视为陀螺质心以支点为圆心的转动,故我们又可称此时有一转动的趋势,物理学则将此趋势量化为所谓的"力矩(torque)".此转动方向以右手四指圈住,则拇指的方向即为力矩的方向.一般而言,力矩与物体的转动轴平行,其所驱动的转动会与物体原转动同向或反向,故使转动加速或减速.然而如图五的情况,力矩与物体的转动轴垂直,则自转转速不变,取而代之的是自转轴的方向改变.由於无论自转轴方向做多少改变,力矩方向始终与之保持垂直,故自转轴不断地改变方向,最终绕一圈回来,而有所谓的进动产生 [3].
了解白努利原理让直升机螺旋桨产生的提升力以及力矩垂直於陀螺转动轴所造成的进动后,将二者混合为一,即成回旋镖的飞行原理.不
图六,白奴利原理对回旋镖的影响
过此时的螺旋桨不是水平摆置而是垂直放置,而其相对应的陀螺自转轴与铅直线成九十度角.如图六左边之侧视图所示,由於回旋镖一边飞行一边自转,故上半边的速率较下半边快.根据白奴利原理,上半边会有大於下
半边的侧向力,如图六右边之后视图所示.若回旋镖没有自转,则此力会图七,垂直於自转轴的力矩产生回旋动力
造成镖体侧向翻转,即有一力矩作用於回旋镖.然而回旋镖具有自转,且自转轴与此力矩垂直,如图七所示,故自转轴会不断地转动,回旋镖则是相对地绕圆圈回转.由於丢掷者即位於回转的圆圈上,故回旋镖必飞回丢掷者.
回旋镖DIY
由上一节的讨论知,回旋镖之所以能够回旋的重点是在於:其翼面是否具有如机翼一般,能使两侧流动的气流流速不平衡,进而产生侧向转动的力矩.今日回旋镖的设计相当多样,图八即是一些有别於传统式的回旋镖.
这里我们要介绍的方法,是由国立高雄师范大学周建和教授实验室所发展的,一种适於室内飞行的回旋镖制作方法[5]:
如图九,将500磅以上的灰纸板裁成长13.7 cm,宽2.7 cm大小三张.
每一张长方形纸板的一端,由中央剪一道长约1cm,宽约0.1 cm的细缝.
各翼的夹角尽量为120o,以钉书针组合如图九的形状.
图九,简易三翼型回旋镖
稍微将翼面凹折,以增加其回转的动力.
试射时请按下列原则进行:
射回旋镖时必先确保没有任何人会位於飞行路径上.
手持镖体使其面垂直.惯用右手者,凸面向左;惯用左手者,凸面向右.
以腕力水平射出即可.
若场地有风,请面向风吹来的方向.惯用右手者,以偏右45o射出;惯用左手者,以偏左45o射出.
试著在翼面外缘均匀地增加重量(如贴上胶带),再试射一次并与先前的飞行路径比较.
回旋镖高尔夫大赛
据说,澳洲原住民曾将回旋镖抛出近 100 m远,高度亦近50 m高,并且来回绕了五圈之多![6] 虽然这里所示范的回旋镖不可能飞得这麼神奇,但其短射程的特性适於室内及较小场地里飞行.这里介绍一种有趣的回旋镖玩法:在几个适当距离上摆置一些标竿,分令竞赛者掷镖回旋过杆,每过一杆便算进洞得分.此种玩法颇类似於高尔夫比赛,因此称之为回旋镖高尔夫.另一种回旋镖过关的方式,则是选取枝叶茂密之灌木作为标竿,将回旋镖射入树中即算进洞得分.由於回旋镖具有曲线飞行的能力,若在标竿之间适当选取一些障碍物,可提高过关的难度及增加趣味性.
实验,在微重力下玩回旋镖,结果会如何?
我们都梦想着有一天能够有一天我们能够在太空中欣赏这个美丽万分的星球,看一看海岸线是否还是像在地球一样一望无际,实验,在微重力下玩回旋镖,结果会如何?在微重力的环境下玩回旋镖回旋镖是不会再飞回来的。让我们来分析分析。
首先是我们的回旋镖在地球上受到的是地球给回旋镖带来的重力,然后就是回旋镖在空气中旋转带来的气流和力能让回旋镖返回到主人的手中。在太空中如果是在微重力没有空气的环境下来玩回旋镖,回旋镖是无法返回到主人的手上的,原因是没有空气与回旋镖产生力的作用,并且在未整理环境下回旋镖不会受到向下的力,所以返回手中是不可能的事情。
其次就是我们在微重力有空气的环境下进行这样的实验,这次有了空气与回旋镖产生力的作用,回旋镖会和空气有一个力会让回旋镖产生一个向上运动的轨迹,我们可以看到一个完美的向上飞的轨迹,但是同样我们的回旋镖还是会不断远离我们而去。这两个实验都是同样的结果,在微重力的环境中让回旋镖回到我们手中是非常困难的,因为重力的影响非常小,可以忽略掉那微小的重力,回旋镖的轨迹就会出现上面分析的一样。
有些很有趣的物理实验可以打开我们的视野和开发我们的大脑,人类就是在不断地发现问题和解决问题的路上越走越科学和先进,社会才得以快速地发展起来,在微重力有空气的条件下回旋镖会向上呈现一个弧线飞行,在微重力没有空气的条件下回旋镖会一直保持着姿势向前方运动,如果是在太空飞船中向外飞回旋镖会不断沿着地球的轨道飞行。
回旋镖怎么飞才能飞回来
回旋镖的原理是,在飞行的过程中,由于两翼部分的特殊结构,会使得在附近流动的空气产生一个向上的浮力,而如果是用右手以垂直的方向投掷回旋镖,那么空气所产生出来的浮力方向,也会从右边传到左边。
此外回旋镖在投掷出去时,两翼上各点所产生的空气相对速度都不同,当两翼各点的方向是朝上时,空气相对速度等于回旋镖的向前速度加上转动时所产生的速度,而各点的方向朝下时,空气相对速度就等于回旋镖的向前速度减去转动时所产生的速度。
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