Boomerang: lo strumento aerodinamico che torna al punto di lancio

Lanciare un boomerang e vedere che davvero torna indietro è una delizia da provare almeno una volta nella vita. Ma come ci riesce? Avventuriamoci.

Cos’è il boomerang, a cosa serve, origini e oggetti simili nel mondo

Il boomerang è un’arma da lancio a forma di “L” o di “V” capace di ritornare al punto di partenza. Ne esistono anche modelli fatti per un solo viaggio di andata, ma i più noti sono quelli sagomati per il ritorno al suo lanciatore.

Nato tra le popolazioni aborigene australiane, questo utensile serviva principalmente per la caccia e, in alcuni casi, come strumento per fare musica, cerimoniale o come arma. La curvatura e l’inclinazione delle braccia del boomerang sono fatte in modo tale da generare portanza quando ruotano nell’aria, consentendo in base al profilo scelto sia traiettorie curve che ne permettono il ritorno, sia traiettorie rettilinee. Gli esemplari tradizionali erano ricavati dal legno, mentre le versioni moderne possono impiegare materie plastiche o materiali compositi. Bastoni da lancio simili esistevano anche in altre culture: nell’antico Egitto si impiegavano mazze da lancio dritte o ricurve del cui uso è rimasta traccia nelle pitture tombali, come ci sono testimonianze di mazze da lancio usate durante l’età della pietra in Europa o in India.

Traiettoria curva del boomerang: cosa c’entra la forza centripeta

La traiettoria di un boomerang è un arco chiuso o quasi che culmina vicino al punto di lancio. Il volo inizia con un lancio quasi verticale eseguito con il braccio davanti al lanciatore, eventualmente inclinando l’oggetto rispetto al piano verticale. La forma ricurva ed il profilo asimmetrico, generano una portanza differente tra l’ala superiore e quella inferiore mentre il boomerang ruota: in pratica una delle punte ruota andando nel verso del lancio, mentre l’altra và nel verso opposto, quindi vedono due velocità dell’aria differenti. Chiaramente ogni mezzo giro i ruoli delle due ali si scambiano. Dunque durante la rotazione, l’ala che ruota nel verso del moto crea una portanza leggermente maggiore, ovvero c’è una forza perpendicolare all’ala un po’ più grande rispetto all’altra (in orizzontale per come stiamo immaginando). Il boomerang acquisisce così una spinta laterale costante.

Questa forza è però sempre perpendicolare alla direzione del moto (e grossomodo orizzontale): l’effetto di una forza simile è quello di incurvare la traiettoria, producendo nel complesso un arco che inizia dal lanciatore e, se tutto va bene, finisce al lanciatore. In poche parole si è creata una forza centripeta che ha curvato il boomerang lungo una circonferenza con il centro davanti e lateralmente al punto di lancio. Il boomerang è tornato indietro! Nella realtà la circonferenza non è perfetta ed il moto può differire parecchio da un arco, ma il boomerang torna indietro lo stesso!

Moto giroscopico del boomerang: spiegazione alternativa

Il moto del boomerang è a ben vedere particolare allo stesso modo di quello di un altro oggetto curioso, il giroscopio. Infatti il boomerang in volo si comporta come un giroscopio volante sottoposto alle forze di portanza descritte in precedenza. Lungo l’asse di rotazione, il momento angolare conferito dal lancio mantiene stabilizzato l’assetto, impedendo cambiamenti improvvisi di orientamento. Come abbiamo già visto sulle due ali si generano due forze diseguali, entrambe nello stesso verso, e che possiamo visualizzare orizzontali. Poiché una è più intensa dell’altra potremmo immaginare che quella che vince riesce a mettere in rotazione il boomerang spostandolo dalla verticale, come se si coricasse.

Ed invece no! Qui entra in gioco il comportamento curioso tipico dei giroscopi: quella rotazione che dovrebbe far coricare il boomerang (che è il giroscopio in questione) non avviene nel piano verticale come si potrebbe intuire. Quello che accade è che la rotazione che dovrebbe far coricare il boomerang lo fa invece sbandare, costringendolo a deviare di lato, obbligandolo a percorrere una traiettoria circolare. Ed il boomerang torna indietro.

Volendo per un secondo essere tecnici, il momento torcente esercitato dalle forze di portanza causa una precessione dell’asse di rotazione del boomerang, la cui frequenza coincide con quella del moto di rotazione lungo la traiettoria. Ma sono solo dettagli, il risultato è alla fine un moto lungo un percorso chiuso: il boomerang ruota su sé stesso, la portanza lo fa sbandare, cambia l’assetto , sbanda ancora, e via via percorre una traiettoria curva. Senza la rotazione iniziale e la forma aerodinamica specifica, il boomerang non genererebbe né stabilità giroscopica né precessione sufficiente a ricondurlo al punto di lancio.

Sapevate che…

a cura di Gianfranco Longo