Среди различных оружий и изобретений диких народов ничто не вызывало такого интереса, как бумеранг туземцев Австралии (см. рис. 10), особенно благодаря рассказам об его исключительных свойствах. Рассказывают, что он в состоянии описывать в воздухе окружности, петли и даже фигуры в виде восьмерки, что бумеранг может, попав в дичь, снова вернуться к бросившему его охотнику, что он может также, облетев вокруг дома, вернуться с другой стороны и что он, возвращаясь обратно, может опуститься позади бросившего его.
Рис.9. Обычная форма бумеранга
Бумеранг представляет собой плоский тонкий кусок твердого дерева с острыми краями и слегка вогнутой серединой. На рис. 9 представлен обыкновенный бумеранг, но только если на него смотреть сбоку или сверху. Угол, образуемый обоими концами, не имеет определенной величины и обусловливается обыкновенно лишь направлением волокон дерева. Его оба колена не всегда лежат в одной плоскости, но немного повернуты относительно друг друга так, что передний край одного колена слегка выдается кверху, между тем как задний край направлен книзу.
Действия бумеранга зависят не только от его формы, но также и от способа его употребления. Благодаря своей плоской форме бумеранг похож на лист, кусок бумаги или жести, и поскольку дело касается его плоской формы, можно было бы ожидать, что он обнаружит такие же свойства, как один из этих предметов. Если мы теперь будем наблюдать за падением названных предметов с некоторой высоты, то заметим, как они, вместо того чтобы плавно и непрерывно скользить вниз одним и тем же краем, падают, совершая многочисленные разнообразные движения. Осенью падающие с деревьев листья часто вращаются во время падения, постоянно оборачиваясь вокруг себя. Другие делают род колебательных движений, описывая при падении зигзагообразный путь. А некоторые кружатся, то держась горизонтально, то наклоняясь одним концом ниже, чем другим, описывал поверхность конуса.
Рис.10. Австралиец, бросающий бумеранг
Но ни одно из этих движений не приспособлено, чтобы направить наше оружие уже после того, как оно будет выпущено из рук, к заранее намеченной цели. Совсем иначе обстояло бы дело, если бы оружие наподобие птичьего крыла могло сохранять приблизительно горизонтальное положение. В таком случае оно, как птица, могло бы непрерывно парить в воздухе. И притом сопротивление воздуха в значительной степени замедляло бы его падение. А чтобы избежать неправильных движений и опрокидывания и чтобы бумеранг во все время движения был направлен острым краем вперед, бросающий должен в момент метания бумеранга «что-то» сделать. Это «что-то» состоит в том, что бумеранг заставляют вращаться в горизонтальной плоскости, т.е. приблизительно вокруг вертикальной оси.
В разделе о гироскопе (см. ч. 1, гл. 3, разд. I) мы увидим, что тело, приведенное во вращательное движение, оказывает значительное сопротивление при всякой попытке изменить его плоскость вращения. Его легко можно двигать назад и вперед, в сторону, вверх и вниз, и не встретить другого противодействия, кроме того, которое может оказать его вес. Но как только мы попробуем придать ему другой наклон, так чтобы тело вращалось в другой плоскости, оно станет сейчас же сопротивляться этому изменению с энергией, которая совершенно отличается от энергии силы тяжести.
В подобном вращении мы имеем, следовательно, средство вызвать устойчивое движение.
Таким образом, мы имеем возможность в самом начале воспрепятствовать малейшему стремлению тела отклониться от намеченного пути.
Бросающий бумеранг сообщает ему также стремление двигаться в определенном направлении. Способ, посредством которого немного искривленные края бумеранга прорезывают воздух, очень скоро заставил бы его делать неправильные движения, которые вскоре, если им дать возможность увеличиться, могли бы превратиться в колебательное движение или свелись бы к беспрерывному опрокидыванию бумеранга, какое мы видим при падении листьев бумаги и тому подобных предметов. Но вращение, которое сообщено брошенному телу, уничтожает все эти неправильности движения в самый момент их возникновения.
Способ, как произвести вращение бумеранга, виден на рис.9. Предположим, что оружие бросается по направлению стрелки Е, т. е. справа налево, и как раз мы наблюдаем его в тот момент, когда находящаяся под ним рука бросает его. В момент, когда большой палец С бросает оружие, остальные пальцы в D являются препятствием, и чтобы миновать их, бумеранг должен повернуться по направлению стрелок G и Н. Затем вращение ускоряется толчком в сторону G.
Этим, конечно, еще не объяснены те особенности полета бумеранга, которыми он так известен. К числу их принадлежит, во-первых, тот факт, что бумеранг может вернуться к бросившему его.
Рис.11. Пути, описываемые бумерангом
Пусть на рис. 11 АВ изображает бросающего, а пунктирная линия АС — направление, в котором он бросает. Если бы АС было плоской поверхностью отполированного металла, в виде наклонной крыши, и бумеранг был бы брошен вдоль этой гладкой поверхности, то, достигнув той высоты, которую ему сообщил бы первоначальный толчок, он просто повернулся бы и, падая, возвратился бы снова к тому месту, из которого он был брошен. В действительности бумеранг поддерживается таким же точно образом, хотя и не при помощи металлической плоской поверхности. Если он брошен так, что одна его поверхность обращена кверху, а другая книзу, и он поддерживается в этом положении вращательным движением, то он опирается на воздух, как бумажный змей или как крылья летящей птицы. Подобно этим последним, он не имеет твердой опоры, воздух поддается, и он постепенно опускается вниз; вместо направления АС, в котором он был брошен, он следует по не пунктирной линии и в точке D поворачивается, падая все медленнее и медленнее и скользя назад по воздуху, почти как по металлической поверхности, хотя и продолжая все время падать. Так достигает он высоты F, с которой он начал подниматься, и, продолжая двигаться до земли, почти достигает ног бросившего его.
Сходный опыт можно выполнить и без бумеранга, если бросить наклонно вверх прямоугольный кусок легкой, не гибкой папки (картона), держа его за один конец и сообщив ему быстрое вращение.
Бумеранги не все совершенно одинаковой формы. Рассматривая их ближе, мы заметим, что у некоторых острый край не совсем прямой, как на рис.9, а устроен так (рис. 12), что конец остро-го края А лежит приблизительно на высоте верхней поверхности, а конец Б приблизительно на высоте нижней поверхности.
Рис. 12. К объяснению винтовых движений бумеранга
Бумеранг в этом случае похож на маленькое колесо ветряной мельницы, как представлено на рис. 12. У этого колеса косые крылья.
Предположим, что оно вращается так, что левые крылья двигаются вперед; тогда верхние края С, D, Е, F выступают вперед и, прорезывая воздух, стремятся скользнуть по нему вверх. Вращение происходит с помощью шнурка, который намотан на ось. прикрепленную к колесу. Если вращение быстро и колесо достаточно велико, то оно взлетит до потолка и может даже подняться на высоту дома.
Бумеранг такой формы, какая помешена на рис. 12, очевидно, вполне сходен по своему строению с таким колесом; правда, он имеет лишь 2 крыла, причем по сравнению с поверхностью они значительно тяжелее. Но до некоторой степени бумеранг может обнаружить те же явления, если сообщить ему подобное вращение. Если бумеранг, изображенный на рис. 12, вращается так, что конец А направлен к читателю, то каждый из его концов будет стремиться подняться, и притом с силой, пропорциональной силе вращения. Таким образом, стремление бумеранга подняться может уничтожить падение, которое обусловлено силой тяжести. Вместо пути ADFE на рис. 11 бумеранг может лететь в направлении линии АС и может по ней возвратиться. Если же сообщим ему вращение сильнее, то он поднимется над этой линией, пройдет приблизительно путь AGH и, следовательно, упадет на землю позади бросившего его.
Но бумеранг может совершить еще более поразительные вещи; он может описывать окружности, эллипсы и сложные фигуры. Чтобы понять, как это происходит, мы должны вспомнить, что бумерангу сообщается одновременно не только вращательное движение, но еще и сильное движение вперед. Представим, что последнее движение на рис. 12 происходит перпендикулярно к странице нашей книги, а вращение происходит точно так же, как было указано прежде. Следовательно, конец В движется сквозь страницу вперед, а конец А приближается к читателю. Теперь понятно, что каждый конец, находясь по правую сторону, прорезывает воздух энергичней и быстрей, чем когда находится слева. Действительно, конец с правой стороны имеет скорость всего оружия, которая, кроме того, увеличена скоростью вращения, а конец левой стороны обладает скоростью оружия без последней скорости вращения. Так как вследствие этого косая нижняя сторона бумеранга ударяется по воздуху с правой стороны значительно сильнее, чем с левой, то правый конец гораздо больше стремится подняться, чем левый. Рас-сматривая гироскоп, мы увидим, что если внешняя сила стремится менять в определенном направлении плоскость вращения какого- нибудь тела, то это изменение удается не легко и притом получается некоторый компромисс между прежним состоянием и тем, в которое стремится привести его сила. Этот компромисс заключается в нашем случае в том, что не только просто правый конец подымается выше левого, а еще и в том, что одновременно поднимается отдаленный от читателя край. Результатом всего этого является поднятие правой передней четверти бумеранга. Изменение плоскости вращения сказывается далее также в общем изменении направления самого полета. Действительно, когда передний край лежит выше заднего, тогда оружие уже не обращено острым краем к воздуху. Нижняя плоскость его сталкивается с воздухом в более наклонном положении, чем прежде, и в результате является стремление описать дугу вверх и налево.
Так как причины продолжают действовать во все время полета, то происходит сложение их действий, так что бумеранг в конце концов может описать или часть окружности, или целую окружность, или даже больше окружности.
Рис.13. Пути, которые бумеранг может описывать во время полета
Благодаря чрезмерному поднятию одной стороны, иногда бумеранг переворачивается, и как это, так и другие изменения, которые могут произойти благодаря вращению, приводят к дальнейшим усложнениям в его полете. Но было бы слишком трудно разбирать каждый случай в отдельности. Рис. 13 изображает некоторые действительные пути полета, между прочим и замечательное движение вдоль земли, при котором бумеранг несколько раз отскакивает от ее поверхности. Вертикальный отрезок изображает бросающего.
Человеку, обладающему ловкими и хотя бы немного умелыми руками, совсем не трудно вырезать из подходящего куска дерева подобный инструмент, конечно, после некоторых попыток.
С подобным бумерангом он может на опыте проверить только что описанные случаи. Иногда можно и у нас случайно купить такой бумеранг.
За отсутствием хорошего бумеранга, можно воспользоваться обыкновенной визитной карточкой, чтобы вырезать из нее подобный инструмент для метания. Положив его на одну руку, ему дают щелчок большим и указательным пальцем другой руки или же его держат за один конец и бросают наклонно вверх, сообщив ему по возможности быстрое вращение. Лучших результатов с нашим бумажным бумерангом можно достигнуть с помощью небольшого самодельного метательного аппарата изображенного на рис. 14.
Такой прибор приготовляется из доски, имеющей толщину 1 см, длину 25 см и ширину 12 см. На одной стороне часть выпиливается, как изображено на рисунке.
АВ представляет полоску китового уса или стали, прикрепленную к доске в А ниткой или проволокой. Полоска имеет такую длину, чтобы ее конец В, изображенный на рис. 14 отогнутым вниз, достал до края С, когда мы его отпустим.
Рис.14. Бумеранг и аппарат для его бросания в комнате
Она тогда ударяется о конец бумеранга, который приготовлен из картона или жести, и сообщает ему одновременно движение вперед и быстрое вращение в плоскости полета. В точке D на краю доски воткнуто три куска проволоки, или иначе три гвоздя без шляпок, таким образом, чтобы они приходились позади средней линии. Тогда они образуют подходящую опору для бумеранга. Меняя величину и вес бумеранга, крепость, и вес пружин и силу вращения обоих колен бумеранга, можно получить многие из описанных результатов в поле, на дворе или даже в большой комнате.