回旋镖原理讲解（飞旋镖飞行的物理学原理）
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发布时间：2024-09-09 09:35:37
回旋镖的历史
回旋镖被认为是由澳大利亚原住民发明的一种原始狩猎工具，它是一种弯曲的扁平旋翼，可以用来击打远处的猎物，也可以拿来当成武器。
澳大利亚原住民制做的回旋镖
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类似的器物。著名的埃及法老王图坦卡蒙的墓葬中就保存有几支3300年前古埃及人制作的精美飞镖，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回旋镖
最早的回旋镖并不能返回，它实际上可能就是一根树枝或一根腿骨，古人用它来投掷，用来击打远处的猎物，或者单纯用于防御野兽的袭击，因此称其为“投掷棍”或“飞旋镖”更合适。这种东西从石器时代就已经被我们的先人使用，考古学家们从波兰喀尔巴阡山脉的Obłazowa洞穴中发现的一种飞旋镖是用猛犸象牙制成的，根据加速器质谱测年，它至少有3万年的历史，这可能是人类制作最早的一支飞旋镖。
古埃及壁画显示人们投掷棍子猎捕水鸟
原始人类是靠投掷树枝和石头来狩猎的。可能是经过长期的摸索发现弯曲的树枝在空中的飞行轨迹更稳定，可以扔得更远更准，同时在自然界中弯曲的树枝永远多于笔直的木棍，慢慢地人们开始将那些用得顺手的坚硬树枝保留下来，将其打磨成一件称手的兵器。
蒙古族猎手将弯曲树枝制成投掷武器，这就是布鲁
从实用的角度看，能够返回的回旋镖由于投掷的准确性不如木棍，因此它不是理想的武器，狩猎者会倾向于选择那些结实并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阴差阳错的结果，它们最初被打磨成扁平，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行轨迹，进而逐步演化为回旋镖。
回旋镖在飞行的过程中会因为切割空气而发出声音，同时它在空中像一只疾飞的隼鸟，澳洲土著常常用它来惊吓、驱赶和击打鸟群，当它不能击中飞鸟时还能飞回来，这样猎人就不会轻易丢失狩猎工具了。
一个澳洲原始土著家庭，男子腰间插着一枚回旋镖
飞旋镖如何保持稳定？
早期的人类会选择细长的棍棒打击猎物，当猎物的位置更远，棍棒无法够到时，人们会选择将棍棒投掷出去。慢慢地，猎人们发现那些弯曲的棍棒可以打得更准，于是刻意寻找和加工这些树枝专门用于投掷。
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组成平面的中间某个位置，当树枝被投出时，它在空中以这个平面绕质心旋转。这就像是一个形状不规则的陀螺，旋转使飞行变得更加稳定，也令投掷变得更加准确。
因为角动量守恒，陀螺具有非常好的稳定性
为了获得稳定的角动量，投掷者需要掌握一定的技巧。他首先需要保证树枝在飞行的过程中是绕质心旋转，同时这种旋转应当发生在由枝杈组成的共同平面上。投掷者不能乱扔，否则树枝的飞行弹道不可能操持稳定，自然也就无法击中目标。
飞旋镖在平面上绕质心旋转
如果树枝比较直，它一端拥有较大的质量（比如有一个大疙瘩）也可以产生类似陀螺的稳定旋转。当我们将一把斧头扔向前方时，斧头的木柄会围绕其头部旋转，使斧头产生准确的弹道。飞斧是中世纪欧洲步兵和骑士杀伤敌人的重要手段之一，现在它成为伐木工人的一项竞赛和娱乐活动。
注意看斧头在空中的运动状态
回旋镖如何才能飞回来？
不知道你是否玩过竹蜻蜓？它是我们小时候的玩具，据说在战国时期就已经被发明出来了。竹蜻蜓由两部分构成：一个由木片或竹片制成的细长旋翼，在其中心位置插上一根细竹棍。当用手搓动竹棍时，旋翼会快速旋转产生升力，这时松开手，它就像直升飞机一样升到空中。
竹蜻蜓绕轴旋转
回旋镖不是平直的，它的质心大多数并不位于其中心点，所以你不能给回旋镖也装一个轴。但由于回旋镖是绕质心旋转的，所以我们依然可以将它打磨成直升飞机旋翼的样子。从侧面看，它与竹蜻蜓的侧视图基本相同。
回旋镖的结构视图
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，当机翼在空气中运动时，气流通过机翼后会改变方向向下弯曲。根据牛顿第二定律，这种流动方向的变化需要机翼对空气施加向下的力。然后，牛顿第三定律要求空气对机翼施加向上的力。因此产生了与方向变化相反的反作用力升力。在飞机飞行的过程中，机翼对空气施加向下的力，而空气在机翼上施加向上的力。
回旋镖的剖面被打磨成机翼的形状
空气是流体，在流体动力学中有一个著名的伯努利原理，它指出：流体速度的增加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，因此机翼上方空气的压强比下方更小，机翼被空气抬升。
机翼的空气动力学原理
在飞行的过程中，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。这一点很重要，它是回旋镖能够返回的重要因素。
在讲物理之前，我们先来看一下回旋镖的投掷方法：你需要竖直握住回旋镖的一端，使其向外侧倾斜约15°~20°的小角度，找准迎风的方向再将身体向左或向右转约45°以便利用风力，将其举过头顶用力向前投出去。
现在我们知道了，飞旋镖最初是以一个倾斜的角度向前飞行的。它在空中围绕着自己的质心做陀螺旋转运动，同时通过旋翼切割空气获得升力，这样它就不那么容易掉落下来。
同时在飞行的过程中，飞旋镖运动轨迹外侧的运动速度总是快于其内侧速度，这是因为我们在投掷的时候给了它一个初始的角动量，它会以逆时针自转着向前飞行。由于外侧切割空气的速度更快，空气对这个旋转物体外侧的反推力也更大，这个反推力会迫使飞旋镖不断改变其自转轴的角度，因此在空中划出一个弧形的轨迹。
飞旋镖在运动中的受力情况改变了它的自转轴
如果我们投掷的力度、角度正确，并且空气中风向和风力合适，飞旋镖会最终飞回到你的手里。
回旋镖的飞行轨迹示意
总结：
飞旋镖之所以能够回到我们的手中，是因为它的设计考虑了空气动力学原理。尽管飞旋镖并不全是完美的旋翼，但它可以在空中围绕着自身的质心做稳定旋转，其旋翼切割空气为更长的滞空时间提供了升力。
由于飞行轨迹外侧的旋翼相对速度更快，空气对其有更大的推力，它推动飞旋镖在运动过程中自转轴的角度发生改变，从而改变了其运动轨迹。
飞旋镖是否能够回到你的手中与它的气动设计外形相关，与你投掷的角度、速度以及风向也有很大的关系，你需要通过反复的练习才能达到理想的效果。
正确的投掷姿势
最后，在玩飞旋镖的时候一定要选择一个相对开阔的场地，同时应该避开人群。木制回旋镖飞行速度很快，杀伤力很大，你在投掷时需要时刻留意它的状态，接镖时也需要时刻小心，以免被它击伤。
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