WP1213 Bumerangwurf


 Bumerang WP 1213 - Bumerangwurf
Namen Manuel Kasper, Ines Stricker, Katharina Müller
Veranstaltung PS Grundlagen der Biomechanik
Semester WiSe 2012/13
Voraussetzung -
Bearbeitungsdauer ca. 40 min
letzte Änderung 28.01.13
Zitationsrichtlinien nicht vollständig erfüllt

Einleitung



Kommt etwas, dass man von sich weg wirft auf direktem Weg zu einem zurück, spricht man von dem Bumerang-Effekt. Mit einem Bumerang verbinden die meisten ein bananenförmiges Wurfgerät der australischen Aborigines. Das traditionelle Wurfholz der australischen Ureinwohner hat sich seit den 1930ern zum Sportgerät etabliert. Der heutige Bumerang hat nur noch wenig mit seinem über 10 000 Jahre alten Vorläufer, dem sogenannten Kylie, gemeinsam. Er ist bedeutend leichter und kleiner geworden und den verschiedenen Formen und Größen sind kaum noch Grenzen gesetzt. Der Hauptunterschied ist aber eben der besagte Bumerang-Effekt, nämlich dass die Sportgeräte zum Werfer zurückkehren, was bei den Wurfwaffen nicht Sinn und Zweck war.
Doch wie kommt dieses Phänomen überhaupt zustande? Dass ein Bumerang wieder zu seinem Werfer zurückfliegt liegt offensichtlich an seiner speziellen Form. Im Folgenden möchten wir nun auf diese näher eingehen und euch erklären, warum hierbei Auftriebs- und Kreiselkraft eine große Rolle spielen.


                                                                          Verfasst von Manuel Kasper und Ines Stricker

Wurftechnik

Wirft man einen Bumerang nimmt er nicht automatisch die bekannte Flugkurve und kehrt zu seinem Werfer zurück. Das Werfen eines Bumerangs erfordert natürlich auch eine gewisse Wurftechnik, um den Bumerang den gewünschten Weg nehmen zu lassen.

Wichtig dabei ist, dass der Bumerang dabei vom Werfer ein optimales Verhältnis von Wurfweite (Translation) und des richtigen Drehmoments um die eigene Achse (Rotation) erhält. Dabei sind folgende Dinge zu beachten.

Der korrekte Griff

Einen Bumerang fasst man am besten an einem Ende möglichst knapp. Dabei ist zu beachten, dass die gewölbte Oberseite zum Werfer zeigt und die abgeflachte Kante in Wurf- bzw. Rotationsrichtung. An der Ausrichtung der abgeflachten Seite lässt sich erkennen, ob der Bumerang für Links- oder Rechtshänder ausgelegt ist. Der Bumerang wird nun zwischen Daumen, Mittel- und Zeigefinger eingeklemmt.
(Rechts- und Linkshänder-Bumerang)
[nach www.rediboom.com]

Die Wurfausrichtung

Beim sportlichen Werfen eines Bumerangs sind noch einige Umweltfaktoren zu beachten. Zum einen muss gewährleisten sein, dass genug Platz zum Werfen gegeben und niemand durch den fliegenden Bumerang gefährdet ist. Zum anderen sind noch verschiedene Dinge beim Abwurf zu beachten:

Handwinkel
Beim Abwurf sollte der Bumerang möglichst senkrecht gehalten werden. Bei einem perfekten Wurf würde der Handwinkel etwa 5°-10° von der Senkrechten abweichen.
Abb.1 (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

Ein zu waagerechter Wurf würde die Flugkurve zwar ebenfalls in die Höhe steigen, aber dann auch wieder rasant abfallen, ohne die gewünschte Kurve vollzogen zu haben.
Abb.2 (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

Horizontwinkel
Mit einem Winkel von 5°-15° zum Boden hat der Bumerang beim Abwurf die beste Voraussetzung, um im richtigen Verhältnis von Höhe und Weite wieder zum Werfer zurück zu kommen.
Abb.3 (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

Windwinkel
Einer der wichtigsten Umweltfaktoren ist die Stärke und Richtung des Windes. Der Bumerang weicht sofort von der Flugkurve ab, wenn nicht der richtige Abwurfwinkel zum Wind gewählt wurde. Der perfekte Winkel zum Wind liegt etwa 40°-70° zur Windrichtung nach rechts (bei Rechtshändern). Je stärker der Wind, desto größer muss der Winkel gewählt werden. Häufig sind mehrere Probewürfe nötig, um den optimalen Winkel zu bestimmen.
Abb.4 (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

[nach www.rediboom.com]

Der Abwurf

Geworfen wird meistens aus dem Stand. Durch eine Ausholbewegung, Vornahme des Gegenarmes und einer Verdrehung des Oberkörpers wird Spannung aufgebaut.
Abb.5: Ausholbewegung (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

Durch lösen dieser Spannung in einer schnellen Wurfbewegung wird dem Wurfgerät die nötige translatorische Beschleunigung nach vorne gegeben.
Abb.6: Wurfbewegung (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

Am wichtigsten ist nun, dass dem Bumerang durch abknicken des Handgelenks genügend Rotation mitgegeben wird. Eine starke Eigenrotation ist genauso wichtig wie ein dynamischer Abwurf, denn nur im Zusammenspiel nimmt er die gewünschte Flugbahn.
Abb.7: Rotation des Bumerang (Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

Das Fangen

Wenn der Bumerang nun in der Luft ist, muss zum Fangen der ungefähre Landepunkt abgeschätzt werden. Dort fliegt der Bumerang im optimalen Falle waagerecht und kann nun zwischen den Handflächen gefangen werden.

Abb.8: Fangen des Bumerang ((Bild: Gerrit Lemkau, Deutscher Bumerang Club e.V.)

[nach Deutscher Bumerang Club e.V.]



                                                                                            Verfasst von Manuel Kasper

Physikalische Kräfte

Auftriebskraft

Wenn man einen Bumerang näher betrachtet wird man erkennen, dass seine zwei Flügel dem eines Flugzeuges ähneln. Dieses Profil sorgt bei einem Wurf für den gewünschten Auftrieb.



Wirft man nun den Bumerang wirken auf ihn die Kräfte der Translation (Bumerang fliegt vorwärts) und die der Rotation (Bumerang rotiert um sein Zentrum).

Warum fliegt der Bumerang nun aber eine Kurve?

Dieses Phänomen ist auf die spezielle Form und unsymmetrische Bauweise des Bumerangs zurückzuführen. Der obere und sich in Flugrichtung bewegende Flügel erfährt einen stärkeren Auftrieb, da sich dort die Rotationsgeschwindigkeit und Fluggeschwindigkeit addieren. Die Luft kommt hier sozusagen schneller vorbei.



Am unteren Flügel kommt die Luft nicht so schnell vorbei (Rotationsgeschwindigkeit und Fluggeschwindigkeit subtrahieren sich). Somit besteht letztendlich ein ungleicher Auftrieb zwischen unterem und oberem Flügel. Man könnte sagen, dass der obere Flügel den Bumerang also in die Neigung zieht.
Dieses Phänomen könnte man somit auch mit dem Magnus Effekt beschreiben.

Außerdem greift die Auftriebskraft durch die unsymmetrische Bauweise des Bumerangs nicht im Schwerpunkt bzw. Rotationsmittelpunkt an, sondern etwas oberhalb und davor. Dies führt ebenfalls zu der gewünschten Kippstellung des Bumerangs und somit auch zum Kurvenflug.

[nach Schlichting und Bernd Rodewald, 1986]



Kreiselkräfte

Dass der Bumerang beim Kurvenflug seine Stabilität nicht verliert, liegt an seiner Rotation und dem sogenannten gyroskopischen Effekt (Selbststeuerungseffekt).

Ihr habt also gelernt, dass während der Bumerang nach vorne fliegt (Translation) und um sich selbst rotiert (Rotation), ihn von der Seite eine dritte ,waagerechte Kraft angreift, die durch die oben genannten unsymmetrische Bauweise entsteht. Auf Grund dieser neigt sich nun die Rotationsachse und der Kurvenflug wird eingeleitet.

Der Bumerang kippt aber nicht einfach aus seiner Flugbahn und sinkt zu Boden, sondern ändert nur seine Flugrichtung. Jeder Punkt auf dem Bumerang erfährt also senkrecht zur Rotationsgeschwindigkeit eine zweite, die Kippgeschwindigkeit. Addiert man beide Richtungen (beide Vektoren) so ergibt sich eine neue Richtung (neuer Richtungsvektor). Dieser Richtungswechsel bzw. diese Kurve bezeichnet man in der Physik als Präzession und den gesamten Vorgang als gyroskopischen Effekt.

„Der Bumerang ist ein Gegenstand, der, von Hand geworfen, sich sowohl vom Werfer wegbewegt als auch um seinen Schwerpunkt rotiert, so daß die aerodynamische Kraft des Auftriebs in Verbindung mit der von ihr induzierten Präzession einen Kreisflug verursacht, der das Gerät zum Werfer zurückführt.“
(Wilpert, 1988, S. 168)

Abb.8: Beispiel für den gyroskopischen Effekt (Quelle)

Dies kann man auch beim Fahrradfahren beobachten. Verlagert man sein Gewicht (wie oben gezeigt) nach links, zeigt auch der Vektor der Gewichtskraft nach links. Doch das Rad fällt nicht um, sondern es wird legendlich eine Linkskurve (Präzession) eingeleitet. Dies geschieht wohlbemerkt ohne Benutzung des Lenkers.

[nach Peus, 2007]

                                                                                         Verfasst von Katharina Müller

Bumerangformen


Dass es verschiedene Bumerangformen und damit verschiedene Flugkurven gibt, ist den meisten nicht auf Anhieb bewusst. Viele denken an die bananenförmigen Zweiflügler, doch es gibt weitaus mehr Formen des Wurfholzes. Aufgrund der vielen verschiedenen Bumerangformen und Bumerangnamen , die es auf dem Markt gibt, werden von uns die verbreiteten Bumerangformen vorgestellt.
Bei den Bumerangformen wird in Zweiflügler und Mehrflügler unterschieden.

Traditionelle Bumerangformen – Zweiflügler

Die Zweiflügler sind gekennzeichnet durch ihre zwei Arme, welche nochmals unterteilt werden in Banane, Flieger und Schlangenhook.

Banane

Die Bumerangform Banane ist gekennzeichnet durch ihre traditionelle, leicht gebogene Form. Diese ermöglicht dem Werfer den Bumerang leicht zu werfen und ist deshalb gut geeignet für Anfänger. Der Bumerang besteht bestenfalls aus 4mm dickem finnischem Birkensperrholz, welches in 8 Schichten unterteilt und wasserfest verleimt ist. Durch seine Form kann die Banane 15 bis 25m weit fliegen.

Flieger

Der Flieger erscheint auf dem ersten Blick der Banane sehr ähnlich. Jedoch unterscheiden sich diese beiden Bumerang in ihrer Form und ihrer Biegung. Die Banane ist in der Mitte mehr gebogen, welche beim Flieger mehr kantig erscheint. Durch die traditionelle, gerade Form ist dieser Bumerang ebenfalls leicht zu werfen und gut geeignet für Anfänger. Dieser Bumerang wird idealerweise aus 4mm dickem finnischem Birkensperrholz hergestellt, welches in 8 Schichten und wasserfest verleimt wird. Der Flieger kann eine ähnliche Weite von 15-25m, wie die Banane erreichen.

Schlangenhook

Bei diesem Bumerang handelt sich um den Schlangenhook, welcher für sportliche oder bereits fortgeschrittene Werfer geeignet ist. Durch seine Form wird eine niedrige, runde und weite Flugbahn ermöglicht. Wie die bereits erwähnten Bumerangs wird dieser Bumerang ebenfalls aus dicken 6mm finnischem Birkensperrholz hergestellt. Dieses Holz wird in 12 Schichten geschichtet und wasserfest verleimt. Durch seine Form und damit verbundene niedrige und weite Flugbahn, kann dieser Bumerang 35 bis 45 m weit fliegen.

Moderne Bumerangformen – Mehrflügler

Die Mehrflügler bestehen aus mehreren Armen als die traditionellen Bumerangs. Sie finden häufiger Einsatz in sportlichen Wettkämpfen.

Renner

Dieser Bumerang wird Renner genannt und ist ein Dreiflügler, diese können aufgrund ihrer Form stabiler und unempfindlicher fliegen als Zweiflügler. Er ist leicht zu werfen und sowohl für einen Anfänger als auch Fortgeschrittene geeignet. Mit der richtigen Wurftechnik kann er eine Flugweite von 15 bis 25 m erreichen.

Kraken

Dieser Bumerang verdankt aufgrund seiner Ähnlichkeit zu einem Tier seinen Namen. Die Kraken (Vierflügler) sind bekannt für ihren ruhigen Flug und ihre Windstabilität. Durch seine Form ist er leicht zu werfen und ebenso leicht zu fangen. Das 4mm dicke finnische Birkensperrholz besteht aus 8 Schichten und ist wasserfest verleimt. Ein solcher Bumerang kann 15 bis 25m weit fliegen.
[nach Axel Heckner; Bumerangschule]

Flugeigenschaften

Die Flugeigenschaften des Bumerangs ist abhängig von seiner Massen- und geometrischen Parametern, diese werden in zwei Aspekten aufgeteilt: dem mechanischen und aerodynamischen Aspekt.


Der mechanische Aspekt beinhaltet die Masse des Bumerangs und die mit ihrer verbundenen Stabilität. Die Masse ist ausschlaggebend wie weit der Bumerang fliegen kann. Hierbei muss man die Masse zu Fläche berücksichtigen, je größer, desto mehr ist die Sinkgeschwindigkeit nach dem höchsten Punkt der Flugbahn und die Windunempfindlichkeit. Die Verteilung der Masse beim Bumerang bestimmt die Form und damit auch den Drehmoment, welche die Reichweite beeinflusst.


Der aerodynamische Aspekt beinhaltet die Anzahl der Arme des Bumerangs. Die Arme des Bumerangs erzeugen eine Luftkraft, welche in Auftrieb und Widerstand zerlegt werden kann. Besonders wichtig für die Flugeigenschaft eines Bumerangs ist der Moment des Auftriebs um den Schwerpunkt, der Moment um die horizontale und sowohl um die vertikale Achse. Aufgrund dieser Momente werden die Drehachse und die Flugbahn des Bumerangs bedingt. Damit man den Wert des Moments bestimmen kann, benötigt man den Punkt vom Abstand zwischen dem Auftriebsmittelpunkt und dem Schwerpunkt (Auftriebmittelpunkt). Dieser wird von der Verteilung des Auftriebes auf der Bumerangfläche bestimmt und hängt von der Form der Arme und seiner Lage im Luftstrom ab.
[nach Georgi Dimantschev, 1993]

                                                                                           Verfasst von Ines Stricker

Eigener Standpunkt

Der Bumerang erwies sich während unserer Recherche als ein sehr vielseitiges Sportgerät, das es nicht nur in der typische Bananenform gibt, sondern auch in zahlreichen anderen Typen existiert. Außerdem sind wir auf spezielle Wettkampfformen gestoßen, auf die wir jedoch nicht größer eingegangen sind, da dies die Länge und Bearbeitungszeit unseres Wikis gesprengt hätte. Bei unseren eigenen Versuchen, den Bumerang richtig zu werfen, fiel uns auf, dass viel Technikübung erforderlich ist, damit das Wurfgerät letztendlich auch zu einem zurückfindet. Trotzdem ist zu betonen, dass der Spaßfaktor groß ist und noch größer die Freunde, wenn ein Wurf gelingt. Das Thema bietet noch viel Potential zur Weiterentwicklung im Wiki. Gerade auf der physikalischen Ebene sind es noch sehr viele Eigenschaften des Bumerangflug, die es lohnt zu betrachten. Für unser Wiki würde das aber zu weit führen und deshalb haben wir uns auf die Grundlagen beschränkt.

Insgesamt können wir sagen, dass der Bumerang ein sehr interessantes und abwechslungsreiches Thema ist, das es sich lohnt es näher zu betrachten. Es birgt Themen, die jedem Wissensstand gerecht werden können. Und vor allem sich selbst mal am Werfen zu versuchen bringt sehr viel Spaß mit sich.

                                                                       Verfasst von Katharina Müller und Manuel Kasper

Fragen

  1. Welche Kräfte beeinflussen die Flugbahn des Bumerangs?
  2. Was geschieht, wenn man einen Bumerang zu waagerecht wirft?
  3. Worauf ist beim Bau eines Bumerangs zu achten?


Literatur

Bewertung des Wiki-Moduls

Kategorie Kasper Stricker Müller Anmerkungen
Inhalt (max. 10) 7 Pkt 7 Pkt 8 Pkt Themen (Struktur) von Grundlagen zu Spezifik, manche Dinge bleiben unklar (bsp. Auftrieb - statisch/dynamisch), Verlinkung zu 'Kylie' oder Quelle
Form (max. 5) 3 Pkt 3 Pkt 3 Pkt Zitation, Autorenzuordnung, Bildunterschriften, Literaturverzeichnis
Bonus (max. 2) 0 Pkt 0 Pkt 0 Pkt
Einzelbewertung 10 Pkt 10 Pkt 11 Pkt 15 Punkte = 100%
Gesamtbewertung 31/45 Punkte = 68,8%
biomechanik/projekte/ws2012/bumerang.txt · Zuletzt geändert: 29.11.2014 14:43 von Andre Seyfarth
GNU Free Documentation License 1.3
Driven by DokuWiki Recent changes RSS feed Valid CSS Valid XHTML 1.0