“飛去來器”是如何飛回到我們手中的？

你玩過“飛去來器”嗎？它還有個名字叫盤旋鏢。這是一種神奇的玩具，當你將它用力扔標的目的前方時，它會在空中扭轉著劃出一道奇奧弧線，最后精確地回到你的手中。當然，這需要你姿勢準確，而且頻頻操練才能當作功。

盤旋鏢的汗青

盤旋鏢被認為是由澳大利亞原居民發現的一種原始打獵東西，它是一種彎曲的扁平旋翼，可以用來擊打遠處的獵物，也可以拿來當當作兵器。

澳大利亞原居民制做的盤旋鏢

事實上，不只是在澳大利亞，人們在歐洲甚至古埃及也發現了近似的器物。聞名的埃及法老王圖坦卡蒙的墓葬中就保留有幾支3300年前古埃及人建造的精彩飛鏢，據說這些飛鏢既有直飛的也有回返品種。

圖坦卡蒙墓葬中出土的盤旋鏢

最早的盤旋鏢并不克不及返回，它現實上可能就是一根樹枝或一根腿骨，前人用它來拋擲，用來擊打遠處的獵物，或者純真用于防御野獸的襲擊，是以稱其為“拋擲棍”或“飛旋鏢”更合適。這種工具從石器時代就已經被我們的祖先利用，考古學家們從波蘭喀爾巴阡山脈的Ob?azowa洞窟中發現的一種飛旋鏢是用猛犸象牙制當作的，按照加快器質譜測年，它至少有3萬年的汗青，這可能是人類建造最早的一支飛旋鏢。

古埃及壁畫顯示人們拋擲棍子獵捕水鳥

原始人類是靠拋擲樹枝和石頭來打獵的。可能是顛末持久的試探發現彎曲的樹枝在空中的飛翔軌跡更不變，可以扔得更遠更準，同時在天然界中彎曲的樹枝永遠多于筆直的木棍，慢慢地人們起頭將那些用得隨手的堅硬樹枝保留下來，將其打磨當作一件稱手的刀兵。

蒙古族獵手將彎曲樹枝制當作拋擲兵器，這就是布魯

從適用的角度看，可以或許返回的盤旋鏢因為拋擲的精確性不如木棍，是以它不是抱負的兵器，打獵者會傾標的目的于選擇那些健壯而且擁有筆直彈道的木棍。今天我們看到的回返式飛鏢也許是一種鬼使神差的成果，它們最初被打磨當作扁平，或許是為了便于攜帶，又或者被用來切割和剝離獸皮，然后被發現打磨后的某些飛旋鏢存在奇異的飛翔軌跡，進而慢慢演化為盤旋鏢。

盤旋鏢在飛翔的過程中會因為切割空氣而發作聲音，同時它在空中像一只疾飛的隼鳥，澳洲土著經常用它來驚嚇、驅趕和擊打鳥群，當它不克不及擊中飛鳥時還能飛回來，這樣獵人就不會等閑丟掉打獵東西了。

一個澳洲原始土著家庭，男人腰間插著一枚盤旋鏢

飛旋鏢若何連結不變？

早期的人類會選擇頎長的棍棒沖擊獵物，當獵物的位置更遠，棍棒無法夠到時，人們會選擇將棍棒拋擲出去。慢慢地，獵人們發現那些彎曲的棍棒可以打得更準，于是決心尋找和加工這些樹枝專門用于拋擲。

為什么彎曲的樹枝比那些直的棍子打得更準？這是因為彎曲樹枝的質心處于兩個分支所構成平面的中心某個位置，當樹枝被投出時，它在空中以這個平面繞質心扭轉。這就像是一個外形不法則的陀螺，扭轉使飛翔變得加倍不變，也令拋擲變得加倍精確。

因為角動量守恒，陀螺具有很是好的不變性

為了獲得不變的角動量，拋擲者需要把握必然的技巧。他起首需要包管樹枝在飛翔的過程中是繞質心扭轉，同時這種扭轉該當發生在由枝杈構成的配合平面上。拋擲者不克不及亂扔，不然樹枝的飛翔彈道不成能籌劃不變，天然也就無法擊中方針。

飛旋鏢在平面上繞質心扭轉

若是樹枝比力直，它一端擁有較大的質量（好比有一個大疙瘩）也可以發生近似陀螺的不變扭轉。當我們將一把斧頭扔標的目的前方時，斧頭的木柄會環繞其頭部扭轉，使斧頭發生精確的彈道。飛斧是中宿世紀歐洲步卒和騎士殺傷仇敵的主要手段之一，此刻它當作為砍木工人的一項競賽和娛樂勾當。

注重看斧頭在空中的活動狀況

盤旋鏢若何才能飛回來？

不知道你是否玩過竹蜻蜓？它是我們小時辰的玩具，據說在戰國期間就已經被發現出來了。竹蜻蜓由兩部門組成：一個由木片或竹片制當作的頎長旋翼，在此中心位置插上一根細竹棍。當用手搓動竹棍時，旋翼會快速扭轉發生升力，這時松開手，它就像直升飛機一樣升到空中。

竹蜻蜓繞軸扭轉

盤旋鏢不是平直的，它的質心大大都并不位于此中心點，所以你不克不及給盤旋鏢也裝一個軸。但因為盤旋鏢是繞質心扭轉的，所以我們依然可以將它打磨當作直升飛機旋翼的樣子。從側面看，它與竹蜻蜓的側視圖根基不異。

盤旋鏢的布局視圖

機翼的剖面是一個上方弧度比下方弧度更大的水滴流線形，當機翼在空氣中活動時，氣暢通過機翼后會改變偏向標的目的下彎曲。按照牛頓第二心猿意馬律，這種流動偏向的轉變需要機翼對空氣施加標的目的下的力。然后，牛頓第三心猿意馬律要求空氣對機翼施加標的目的上的力。是以發生了與偏向轉變相反的反感化力升力。在飛機飛翔的過程中，機翼對空氣施加標的目的下的力，而空氣在機翼上施加標的目的上的力。

盤旋鏢的剖面被打磨當作機翼的外形

空氣是流體，在流體動力學中有一個聞名的伯努利道理，它指出：流體速度的增添與壓力的降低或流體的勢能的降低同時發生。換句話就是速度越快壓強越低。機翼上方的空氣速度相對于下方空氣的速度更快，是以機翼上方空氣的壓強比下方更小，機翼被空氣抬升。

機翼的空氣動力學道理

在飛翔的過程中，機翼的受力與它切割空氣的角度（迎角）有關，也與機翼切割空氣的速度有關，機翼的速度越快，它受到的升力就越大。這一點很主要，它是盤旋鏢可以或許返回的主要身分。

在講物理之前，我們先來看一下盤旋鏢的拋擲方式：你需要豎直握住盤旋鏢的一端，使其標的目的外側傾斜約15°~20°的小角度，找準迎風的偏向再將身體標的目的左或標的目的右轉約45°以便當用風力，將其舉過甚頂用力標的目的前投出去。

此刻我們知道了，飛旋鏢最初是以一個傾斜的角度標的目的前飛翔的。它在空中環繞著本身的質心做陀螺扭轉活動，同時經由過程旋翼切割空氣獲得升力，這樣它就不那么輕易失落落下來。

同時在飛翔的過程中，飛旋鏢活動軌跡外側的活動速度老是快于其內側速度，這是因為我們在拋擲的時辰給了它一個初始的角動量，它會以逆時針自轉著標的目的前飛翔。因為外側切割空氣的速度更快，空氣對這個扭轉物體外側的反推力也更大，這個反推力會迫使飛旋鏢不竭改變其自轉軸的角度，是以在空中劃出一個弧形的軌跡。

飛旋鏢在活動中的受力環境改變了它的自轉軸

若是我們拋擲的力度、角度準確，而且空氣中風標的目的和風力合適，飛旋鏢會最終飛回到你的手里。

盤旋鏢的飛翔軌跡示意

總結：

飛旋鏢之所以可以或許回到我們的手中，是因為它的設計考慮了空氣動力學道理。盡管飛旋鏢并不滿是完美的旋翼，但它可以在空中環繞著自身的質心做不變扭轉，其旋翼切割空氣為更長的滯空時候供給了升力。

因為飛翔軌跡外側的旋翼相對速度更快，空氣對其有更大的推力，它鞭策飛旋鏢在活動過程中自轉軸的角度發生改變，從而改變了其活動軌跡。

飛旋鏢是否可以或許回到你的手中與它的氣動設計外形相關，與你拋擲的角度、速度以及風標的目的也有很大的關系，你需要經由過程頻頻的操練才能達到抱負的結果。

準確的拋擲姿勢

最后，在玩飛旋鏢的時辰必然要選擇一個相對坦蕩的場地，同時應該避開人群。木制盤旋鏢飛翔速度很快，殺傷力很大，你在拋擲時需要時刻寄望它的狀況，接鏢時也需要時刻小心，以免被它擊傷。

發表于 2019-11-26 02:00
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