Kuvitus: Kari Sihvonen
Kuvitus: Kari Sihvonen

Liitävä kiekko on sekä siipi että hyrrä.

Jos frisbeen heittää oikealla kädellä rystypuolelta mahdollisimman pitkälle suoraan, se kaartaa ensin oikealle, palaa sitten lähtösuuntaansa ja aivan lopussa kurvaa vasemmalle. Jos kiekon taas heittää vasemmalla kädellä tai oikean käden kämmenpuolella, tuloksena on peilikuva: ensin kääntyminen vasemmalle, sitten loppuliuku oikealle.

Frisbeen mutkittelevaa lentoa selittää kaksi ilmiötä: aerodynamiikka ja gyroskooppien eli hyrräliikkeiden fysiikka.

Kiekko on ensinnäkin aivan kuin mikä tahansa siipi. Se saa nostovoimaa osaksi muotonsa ja osaksi kohtauskulmansa ansiosta. Toisekseen se on kuin mikä tahansa hyrrä. Siksi kiekko pysyy siihen vaikuttavista voimista huolimatta varsin vakaasti lähes samassa asennossa lennon loppuun asti.

Suora lentorata on helppo selittää. Frisbee saa nostovoimaa silloinkin, kun se kulkee suoraan. Kiekko on muotoiltu niin, että ilmavirta kulkee frisbeen yläpuolella pitemmän matkan kuin alapuolella. Kiekon ylä- ja alapuolelle syntyy niin kutsutun Bernoullin lain mukainen paine-ero, joka nostaa sitä.

Lisää nostetta kiekko saa, kun sen kohtauskulma ilmavirtaan nähden kasvaa, eli etureuna on hieman ylempänä kuin alareuna. Siksi frisbee lentää myös väärin päin vaikkei yhtä hyvin kuin normaalissa asennossa.

Pyöriminen vakauttaa

Jos frisbeen heittää ilman pyörimisliikettä, se nousee heti pystyyn. Kun kohtauskulma näin nousee liian suureksi, kiekko sakkaa ja putoaa siihen paikkaan. Pyörimisliike muuttaa kaiken.

Hyrrävoimat pitävät frisbeen vakaana ja lähes samassa asennossa siihen vaikuttavista aerodynaamisista voimista huolimatta, sillä mikä tahansa hyrrä pyrkii vastustamaan akselin asentoon kohdistuvia muutoksia.

Mitä enemmän pyörimisliikettä heittäjä kiekkoon saa, sitä vakaammin se lentää. Nykyaikaisissa kiekoissa massaa on paljon aivan kiekon reunalla, kun suurin osa kiekkoa on varsin ohutta muovia. Näin pyörimismomentti saadaan suureksi. Kiekkoja valmistetaan erilaisia tarkoituksia varten, ja toiset ovat vakaampia kuin toiset.

Nostovoima liikkuu

Mutkikkaaksi frisbeen muuten yksinkertaisen fysiikan tekee se, että nostovoiman keskipiste ei ole kaikissa olosuhteissa sama kuin kiekon massakeskipiste. Kun nostovoima kohdistuu hieman kiekon keskipisteen takapuolelle, kiekon etureuna pyrkii sukeltamaan. Hyrrävaikutus vakauttaa kiekkoa, mutta samalla se siirtää nosteen vaikutusta kiekon vasemmalle puolelle – kun kiekko päältä katsottuna pyörii myötäpäivään. Hyrrille luontaisen mekanismin takia frisbee kallistuu oikealle ja suuntautuu myös sinne.

Vastaavasti jos nostovoiman keskipiste on hivenen kiekon painopisteen etupuolella, hyrrävaikutus nostaa kiekon oikeaa puolta ja ohjaa kiekkoa vasemmalle. Nostovoiman keskipiste on riippuvainen kiekon kohtauskulmasta ilmavirran kanssa. Jos kohtauskulma on jyrkkä, frisbee kallistuu vasemmalle, ja jos loiva, se kallistuu oikealle.

Pitkien heittojen s-käyrä selittyy sillä, että lähdön jälkeen kohtauskulma on pieni mutta kasvaa heiton loppua kohden. Kun kiekko ilmanvastuksen ansiosta hidastuu, nostovoima heikkenee ja frisbee alkaa laskeutua. Kohtauskulman kasvu antaa lisää nostovoimaa tilalle ja pitää kiekkoa yhä ilmassa. Kohtauskulman kasvu muuttaa myös nosteen keskipistettä suhteessa kiekon painopisteeseen, ja lopulta kiekko liukuu vasemmalle.

Marko Hamilo on tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Lähde: http://morleyfielddgc.files.wordpress.com/2009/04/hummel-thesis.pdf

Julkaistu Tiede-lehdessä 9/2013

X