絶対喜ぶ！紙製ブーメランの作り方と投げ方の徹底解説！なぜ戻ってくるのにも答えます（ジャイロ効果と歳差運動・揚力）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
ブーメランを初めて見た人が必ず抱く、この不思議な疑問。実はそこには、飛行機の翼やコマのような、いくつもの科学の仕組みが重なり合っています。一つひとつ、順番にひもといていきましょう。きっと、身の回りの「当たり前」が、まったく違って見えてくるはずです。
ブーメランの断面は、飛行機の翼と同じ形をしている
初心者におすすめなのはこちらの室内ブーメランです。このブーメランふわふわしていて、顔に当たっても痛くないのが特徴です。簡単に投げられるので感覚を掴むにはバッチリですね。
セリアではもソフトブーメランが売られていました。セリアのブーメランもしっかりと戻ってきます。
こちらは紙製のブーメランです。紙でも同じように手元に戻ってきます。
この紙製のブーメランはこちらの本、『ブーメランは、なぜ戻ってくるのか?』（taiga）に載っていたのものを参考にして、さらに回転の力が強くなるように改良を加えています。
紙製ブーメランの作り方
それでは早速この紙製ブーメランの作り方について説明しましょう。
ポイントは、固い紙を使うことですが、単なる厚紙だとうまく戻ってきません。そこでいろいろ試してみた結果、次の板目表紙という紙が良かったです。普通の厚紙ではダメなので、必ず購入をしたいところです。
この紙を使って、縦１３ｃｍ、横３ｃｍに切ります。
縦１３ｃｍ
横3cm
さらに切れ込みを1.5cm入れます。鉛筆で切れ込み部分を記ししてから、ハサミで切りましょう。
切れ込み 1.5cm
これを３枚用意します。今回のブーメランは３枚羽だからです。
ちなみに大量に作りたい場合は、このようにA４用紙を使って配置をすると、１枚で１５枚の羽を確保することができます。つまり５個分ですね（３枚バネ×５個＝１５枚）。
３枚の羽ができたら、切れ込み部分を合わせていきます。まずは２枚を持って、切れ込み部分を合わせて、
その後２枚の角度を９０度くらいにして、
もう一枚の羽を差し込んで、形を整えます。
角度はそれぞれの羽が120度くらいになるように、形を整えてから、
中心をホチキスで３箇所止めます。
ここからひと工夫をします。さらに回転力アップのため（慣性モーメントを強くするため）、クリップを羽の先につけましょう。
クリップが取れないようにビニールテープを巻きます。
これで完成。最後に調整をかけていきます。これが大切。
市販品のダイソーで売られているブーメランをよく観察してみましょう。ここにブーメランが戻ってくる秘密が隠されています。
羽の形状は飛行機の翼のようになっており、右上が上がっています。
横から見ると、全体がお椀型のような形になっています。
これを元に改良をしていきます。売っているブーメランの羽を横から観察すると、右上がりになっています。
これと同じように、ブーメランを横から見て、右側が少し上になるようん、羽をひねっていきます（右上がりを目指しましょう）。
さらに売っているブーメランは、お椀型になっているのがわかります。
ですので、同じように全体がお椀型になるように整えていきましょう。
このように中心が少し高く、両端が下がったお椀のような山形にした形にすると、回転半径が小さくなります。もし回転半径を大きくしたい場合は、お椀型を少し戻してみてください。
これで完成です！早速投げてみましょう！
投げ方のコツ
投げ方にもコツがあります。よく子供に渡すとフリスビーのようにブーメランを水平に回転をかけて投げようとしますが、これだとうまく飛びません。
そうではなくて、縦に持って縦に回転させるように投げます。動画をご覧ください。
羽の先を持って、ブーメランを縦向きにして、前に押し出すという意識を持たないで、回転させることを意識して投げます。手首のスナップをつけて、回転させる意識で、決して前に押し出してはいけません。
うまくいくと、ブーメランが回転して、手元に戻ってきます。投げ方についてもダイソーのブーメランにはQRコードがついていて、動画で確認することができます。
ではなぜいったいこのような形をとると戻ってくるのでしょうか。
原理説明！なぜブーメランが戻ってくるのか？
もっとも大切なのはジャイロ効果の歳差運動と呼ばれるをもう一つの回転と、それを引き起こす羽の形からくる揚力が関係しています。
ブーメランは回転しながら前に進んでいます。慣性モーメントの働きによって、回転させたものは、回転をし続けようとします。またジャイロ効果と言って、回転しているものは軸がブレにくく、安定して回り続けます。このためフリスビーは安定して空中を回転しながら飛んでいきます。
ブーメランもジャイロ効果によって安定して飛んでいきますが、なぜブーメランは戻ってくるのでしょうか。ここに歳差運動という運動が関わってきます。
ブーメランが空中を飛んでいる時、上半分の翼は回転の向きと進む向きが同じなので、空気に対してより速く動きます。逆に、下半分の翼は回転の向きと進む向きが逆なので、ゆっくり動くことになります。この結果、上半分は揚力が大きく、下半分は揚力が小さいという差が生まれます。この差が、ブーメランを写真の図の方向に「傾けようとする力（トルク）」を生み出します。
この揚力の差によって、回転軸をさらに別の方向に回転させようとすることが起こり、結果としてブーメランはもう一方の別の方向に回転していきます。
これを歳差運動といいます。歳差運動についてはコマをイメージするとよくわかります。コマも重力で倒れそうになりますが、単に倒れるわけではなくて、首振り運動を始めるため（歳差運動）なかなか倒れませんよね。
歳差運動が、ブーメランが戻ってくる運動であったわけですね。
ジャイロホイールを使って歳差運動を観察したのが次の動画です。このホイールも重力に逆らって回り続けると同時に、別の回転が生まれているのがわかりますね。
直感では「傾ける力がかかったら、そのまま傾く」と思いがちですが、高速回転しているブーメランは力の向きと垂直の方向に動くという、不思議な性質を持っています。これが歳差運動の醍醐味です。
さらにわかりやすいブーメランモデルをCDとハンドスピーナーで作りましたので、こちらも併せてご覧ください。
もう一度こちらの画像を見てください。縦に投げると、回転しながら戻ってきます。
また戻ってきっと気には、くるりと水平になってホバリング（その場に浮かぶような動き）して戻ってきます。
これも歳差運動で説明できます。
ブーメラン全体を真上から見たとき、平らではなく、中心が少し高く、両端が下がったお椀のような山形にした形にしましたよね。
この形にすると、飛行中、前方半面で発生する揚力と後方半面で発生する揚力の差によって生まれる傾き（トルク）によって、もう一つの歳差運動が起こります。この歳差運動は、ブーメランの回転面を徐々に水平に近づける方向に働くため、戻ってきたブーメランが水平にふわりと浮かぶような動きを見せます。
詳しくはこちらの参考図書『ブーメランは、なぜ戻ってくるのか?』（taiga）を見ると、図がついて説明があるので、よりよくわかります。おすすめの一冊です。
ブーメランの軌道は、見た目は円っぽく見えますが、実はいくつかの点で「理想的な円運動」とは異なります。ブーメランは飛びながら歳差運動によって回転軸の向きが少しずつ変わっています。それに伴い、揚力の向きも常に変化し続けています。向心力が一定方向にかかり続ける理想的な円運動とは、根本的に仕組みが違います。
実際のブーメランの軌道をよく見ると、きれいな円ではなく、少しずつ内側に向かって巻き込まれる、どちらかというと「らせん状に近い軌道」を描いています。歳差運動が進むにつれて軌道の曲がり方が変化するためです。
無重力の宇宙でも戻ってきた！
驚くことに、2008年3月、土井隆雄宇宙飛行士が国際宇宙ステーションの船内で紙製ブーメランを投げる実験を行い、無重力下でも地球上と同様にブーメランが手元に戻ってくることが確認されました。これはとても重要な発見です。
国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）に滞在中の土井隆雄さん（５３）が、ブーメラン世界チャンピオンの栂井（とがい）靖弘さん（３６）＝大阪府大阪狭山市＝から贈られたブーメランをＩＳＳ内で投げる非公式の実験をした。ＩＳＳ内には地上なみの大気圧があるが、無重力状態だ。日本の宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）に入った連絡によると、土井さんが縦に投げたブーメランはちゃんと元に戻ってきたという。
引用：宇宙でもブーメラン戻ってきた 土井さん実験（朝日新聞）
http://www.asahi.com/special/space/kibou/OSK200803200044.html
重力がなくても戻ってくるということは、ブーメランが戻る仕組みの本質は「ジャイロ効果の歳差運動と揚力」であり、重力はあまり関係ないということを証明しています。
飛行機の翼の科学と、コマのジャイロ効果。一見バラバラな2つの物理の仕組みが、ブーメランという一本の木の板の中で見事に組み合わさっています。科学部でブーメランを作ったなら、ぜひ投げるときの角度や回転の速さを変えて、軌道がどう変わるか実験してみてください。きっと新しい発見があるはずです。
紙で作るXジャイロについては、こちらをご覧ください。
ブーメランは子供に大人気です。ブーメランやジャイロ飛行機をまとめたサイエンスショーを行いました。もしサイエンスショーにご興味があれば、お問合せください。
参考
→ 翼断面の形状による揚力の発生、歳差運動による旋回のメカニズムまで、物理的に詳しく記述されています。参考文献も充実しています。
『ブーメランは、なぜ戻ってくるのか?』（taiga）
→ブーメランの仕組みから始まって、いろいろなスポーツに関するジャイロ効果や歳差運動の応用が説明されています。おすすめの一冊です。
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