“飞去来器”是如何飞回到我们手中的？

你玩过“飞去来器”吗？它还有个名字叫盘旋镖。这是一种神奇的玩具，当你将它用力扔标的目的前方时，它会在空中扭转着划出一道奇奥弧线，最后精确地回到你的手中。当然，这需要你姿势准确，而且频频操练才能当作功。

盘旋镖的汗青

盘旋镖被认为是由澳大利亚原居民发现的一种原始打猎东西，它是一种弯曲的扁平旋翼，可以用来击打远处的猎物，也可以拿来当当作兵器。

澳大利亚原居民制做的盘旋镖

事实上，不只是在澳大利亚，人们在欧洲甚至古埃及也发现了近似的器物。闻名的埃及法老王图坦卡蒙的墓葬中就保留有几支3300年前古埃及人建造的精彩飞镖，据说这些飞镖既有直飞的也有回返品种。

图坦卡蒙墓葬中出土的盘旋镖

最早的盘旋镖并不克不及返回，它现实上可能就是一根树枝或一根腿骨，前人用它来抛掷，用来击打远处的猎物，或者纯真用于防御野兽的袭击，是以称其为“抛掷棍”或“飞旋镖”更合适。这种工具从石器时代就已经被我们的祖先利用，考古学家们从波兰喀尔巴阡山脉的Ob?azowa洞窟中发现的一种飞旋镖是用猛犸象牙制当作的，按照加快器质谱测年，它至少有3万年的汗青，这可能是人类建造最早的一支飞旋镖。

古埃及壁画显示人们抛掷棍子猎捕水鸟

原始人类是靠抛掷树枝和石头来打猎的。可能是颠末持久的试探发现弯曲的树枝在空中的飞翔轨迹更不变，可以扔得更远更准，同时在天然界中弯曲的树枝永远多于笔直的木棍，慢慢地人们起头将那些用得随手的坚硬树枝保留下来，将其打磨当作一件称手的刀兵。

蒙古族猎手将弯曲树枝制当作抛掷兵器，这就是布鲁

从适用的角度看，可以或许返回的盘旋镖因为抛掷的精确性不如木棍，是以它不是抱负的兵器，打猎者会倾标的目的于选择那些健壮而且拥有笔直弹道的木棍。今天我们看到的回返式飞镖也许是一种鬼使神差的成果，它们最初被打磨当作扁平，或许是为了便于携带，又或者被用来切割和剥离兽皮，然后被发现打磨后的某些飞旋镖存在奇异的飞翔轨迹，进而慢慢演化为盘旋镖。

盘旋镖在飞翔的过程中会因为切割空气而发作声音，同时它在空中像一只疾飞的隼鸟，澳洲土著经常用它来惊吓、驱赶和击打鸟群，当它不克不及击中飞鸟时还能飞回来，这样猎人就不会等闲丢掉打猎东西了。

一个澳洲原始土著家庭，男人腰间插着一枚盘旋镖

飞旋镖若何连结不变？

早期的人类会选择颀长的棍棒冲击猎物，当猎物的位置更远，棍棒无法够到时，人们会选择将棍棒抛掷出去。慢慢地，猎人们发现那些弯曲的棍棒可以打得更准，于是决心寻找和加工这些树枝专门用于抛掷。

为什么弯曲的树枝比那些直的棍子打得更准？这是因为弯曲树枝的质心处于两个分支所构成平面的中心某个位置，当树枝被投出时，它在空中以这个平面绕质心扭转。这就像是一个外形不法则的陀螺，扭转使飞翔变得加倍不变，也令抛掷变得加倍精确。

因为角动量守恒，陀螺具有很是好的不变性

为了获得不变的角动量，抛掷者需要把握必然的技巧。他起首需要包管树枝在飞翔的过程中是绕质心扭转，同时这种扭转该当发生在由枝杈构成的配合平面上。抛掷者不克不及乱扔，不然树枝的飞翔弹道不成能筹划不变，天然也就无法击中方针。

飞旋镖在平面上绕质心扭转

若是树枝比力直，它一端拥有较大的质量（好比有一个大疙瘩）也可以发生近似陀螺的不变扭转。当我们将一把斧头扔标的目的前方时，斧头的木柄会环绕其头部扭转，使斧头发生精确的弹道。飞斧是中宿世纪欧洲步卒和骑士杀伤仇敌的主要手段之一，此刻它当作为砍木工人的一项竞赛和娱乐勾当。

注重看斧头在空中的活动状况

盘旋镖若何才能飞回来？

不知道你是否玩过竹蜻蜓？它是我们小时辰的玩具，据说在战国期间就已经被发现出来了。竹蜻蜓由两部门组成：一个由木片或竹片制当作的颀长旋翼，在此中心位置插上一根细竹棍。当用手搓动竹棍时，旋翼会快速扭转发生升力，这时松开手，它就像直升飞机一样升到空中。

竹蜻蜓绕轴扭转

盘旋镖不是平直的，它的质心大大都并不位于此中心点，所以你不克不及给盘旋镖也装一个轴。但因为盘旋镖是绕质心扭转的，所以我们依然可以将它打磨当作直升飞机旋翼的样子。从侧面看，它与竹蜻蜓的侧视图根基不异。

盘旋镖的布局视图

机翼的剖面是一个上方弧度比下方弧度更大的水滴流线形，当机翼在空气中活动时，气畅通过机翼后会改变偏向标的目的下弯曲。按照牛顿第二心猿意马律，这种流动偏向的转变需要机翼对空气施加标的目的下的力。然后，牛顿第三心猿意马律要求空气对机翼施加标的目的上的力。是以发生了与偏向转变相反的反感化力升力。在飞机飞翔的过程中，机翼对空气施加标的目的下的力，而空气在机翼上施加标的目的上的力。

盘旋镖的剖面被打磨当作机翼的外形

空气是流体，在流体动力学中有一个闻名的伯努利道理，它指出：流体速度的增添与压力的降低或流体的势能的降低同时发生。换句话就是速度越快压强越低。机翼上方的空气速度相对于下方空气的速度更快，是以机翼上方空气的压强比下方更小，机翼被空气抬升。

机翼的空气动力学道理

在飞翔的过程中，机翼的受力与它切割空气的角度（迎角）有关，也与机翼切割空气的速度有关，机翼的速度越快，它受到的升力就越大。这一点很主要，它是盘旋镖可以或许返回的主要身分。

在讲物理之前，我们先来看一下盘旋镖的抛掷方式：你需要竖直握住盘旋镖的一端，使其标的目的外侧倾斜约15°~20°的小角度，找准迎风的偏向再将身体标的目的左或标的目的右转约45°以便当用风力，将其举过甚顶用力标的目的前投出去。

此刻我们知道了，飞旋镖最初是以一个倾斜的角度标的目的前飞翔的。它在空中环绕着本身的质心做陀螺扭转活动，同时经由过程旋翼切割空气获得升力，这样它就不那么轻易失落落下来。

同时在飞翔的过程中，飞旋镖活动轨迹外侧的活动速度老是快于其内侧速度，这是因为我们在抛掷的时辰给了它一个初始的角动量，它会以逆时针自转着标的目的前飞翔。因为外侧切割空气的速度更快，空气对这个扭转物体外侧的反推力也更大，这个反推力会迫使飞旋镖不竭改变其自转轴的角度，是以在空中划出一个弧形的轨迹。

飞旋镖在活动中的受力环境改变了它的自转轴

若是我们抛掷的力度、角度准确，而且空气中风标的目的和风力合适，飞旋镖会最终飞回到你的手里。

盘旋镖的飞翔轨迹示意

总结：

飞旋镖之所以可以或许回到我们的手中，是因为它的设计考虑了空气动力学道理。尽管飞旋镖并不满是完美的旋翼，但它可以在空中环绕着自身的质心做不变扭转，其旋翼切割空气为更长的滞空时候供给了升力。

因为飞翔轨迹外侧的旋翼相对速度更快，空气对其有更大的推力，它鞭策飞旋镖在活动过程中自转轴的角度发生改变，从而改变了其活动轨迹。

飞旋镖是否可以或许回到你的手中与它的气动设计外形相关，与你抛掷的角度、速度以及风标的目的也有很大的关系，你需要经由过程频频的操练才能达到抱负的结果。

准确的抛掷姿势

最后，在玩飞旋镖的时辰必然要选择一个相对坦荡的场地，同时应该避开人群。木制盘旋镖飞翔速度很快，杀伤力很大，你在抛掷时需要时刻寄望它的状况，接镖时也需要时刻小心，以免被它击伤。

发表于 2019-11-26 02:00
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