Ein Bumerang fliegt, weil seine „Arme“ ein Profil haben, das den Tragflächen eines Flugzeugs ähnelt. Damit wird der Auftrieb erzeugt. Er fliegt eine kreisförmige Bahn, weil er rotiert und er dadurch auf beiden Flügeln unterschiedlich starken Auftrieb bekommt.

Dinge, die schwerer sind als ihre Umgebung, fallen zu Boden. Ein Fluggerät ist schwerer als die Luft, die es umgibt. Bleiben diese Dinge dennoch „oben“, braucht es eine Strategie, und die hat physikalisch einen Namen: „Auftrieb“.

Auftrieb wird das Gegenstück zur Gewichtskraft genannt. Die Schwerkraft verleiht den Dingen ein Gewicht, sie drücken mit einer Gewichtskraft zu Boden – auf eine Waage zum Beispiel, die das misst. Sie gibt die Antwort auf die Frage „wie schwer bist du“. Kommt nun – aus welchem Grund auch immer – Auftrieb dazu, wird diese Gewichtskraft verringert, und die Waage antwortet mit einer geringeren Zahl, als die Masse des Körpers es vermuten ließe. Wird die Zahl negativ, ist die Auftriebskraft größer als das Gewicht, und das Ding beginnt abzuheben.

Wir fragen nun die Physik, woher der Auftrieb kommt. Nur vom Wünschen wird das ja nicht sein.

Zwei Möglichkeiten gibt es da, die gut unterscheidbar sind.

1) Statischer Auftrieb. Hier ist alles in Ruhe. Etwas bläht sich auf. Etwas wird mit heißer Luft erfüllt. Etwas hebt ab. In aller Ruhe. Es ist genau das Prinzip, mit dem das Schiff schwimmt. Es hat eine bauchige, voluminöse Form, der Oberteil befindet sich in einem Gebiet mit niedrigerem Wasserdruck als der Unterteil, der sich in einem Gebiet mit höherem Wasserdruck befindet. Unten drückt es also mehr auf das Schiff, und es wird nach oben getragen. Mit einer Kraft, die statischer Auftrieb genannt wird. Es geht nach oben, wenn dieser Auftrieb größer als die Gewichtskraft – das Gewicht ist. Auch beim Heißluftballon ist das der Fall. Hier findet das Ganze in der Luft statt, es braucht einen sehr großen Unterschied zwischen Oben und Unten, damit das Unten mehr auf den Ballon drückt. Der Heißluftballon kennt aber noch einen zweiten Trick – er macht sich leicht, er erfüllt sich mit heißer Luft, die ausgedehnter ist, und daher wenige Gewicht pro Kubikmeter hat. Somit braucht der Auftrieb nicht allzu groß werden, weil das Gewicht des Ballons zusätzlich klein gehalten wird.

2) Dynamischer Auftrieb. Hier kann man aufsteigen, auch wenn man kein großes Volumen hat. Man braucht dazu aber Geschwindigkeit. Dann stellt man seine Flügel etwas an – sie werden durch die stoßenden Luftteilchen nach oben gedrückt. Wieder Auftrieb – der größer sein muss als das Gewicht des fliegenden Dings. Die Hummel, der man nachsagt, sie könne gar nicht fliegen, sie wüsste es nur nicht, nimmt hier noch Wirbel zu Hilfe, die den Auftrieb verstärken. Gut gebaute Flugzeuge nehmen noch das Profil der Tragflächen zu Hilfe, die einen zusätzlichen Sog erzeugen, weil sie an der Oberseite mehr gerundet sind als unten.

Genau solche Flügel hat nun ein Bumerang „im Kreis montiert“.

Durch die Drehung des Bumerangs bekommt immer der sich zur Flugrichtung bewegende Flügel einen höheren Auftrieb. Als Folge dieses asymmetrischen Auftriebseffekts neigt sich die Rotationsachse des Bumerangs kontinuierlich. Das führt zu einer Änderung der Flugrichtung, durch die im Idealfall eine kreisförmige Flugbahn bis zum Ausgangspunkt des Wurfes entsteht.

Warum der Bumerang im Detail zurückkehrt ist aber nur sinnvoll mathematisch – und das recht kompliziert – zu beantworten.

Es spielen jedenfalls nur die üblichen physikalischen Gesetze mit, keine Tricks.

Einen wichtigen Einfluss haben die folgenden Punkte, die einen Bumerang von einem normalen Holzstück unterscheiden:

Booomeransgs sind flach und so gebaut, dass sie stabil rotieren und nicht ins Trudeln geraten. Daher greifen hier die selben Gesetze wie beim Kreisel – und sind tatsächlich für einen Großteil der Rückkehreigenschaften verantwortlich. Die Arme des Bumerangs, egal wie viele es sind, sind wie Tragflächen gestaltet und erzeugen Auftrieb, das erklärt warum er überhaupt fliegt.

Die Auftriebswirkung der Arme ist unterschiedlich groß. Jener Arm, der sich gerade in Flugrichtung dreht, hat einen anderen Auftrieb wie jener, der sich im Verhältnis dazu zurückdreht. Auch beim Hubschrauber haben die Blätter einen unterschiedlichen Auftrieb, je nachdem welche sich gerade in Flugrichtung bewegen und welche gegen sie. Beim Hubschrauber ist das aber unerwünscht. Durch eine zyklische Blattverstellung wird der Effekt korrigiert, bei der die sich in Fahrtrichtung bewegenden Rotorblätter einen geringeren Anstellwinkel erhalten als die rückläufigen Rotorblätter.

Übrigens: nicht jeder Bumerang kehrt auch zurück: Der traditionelle Jagdbumerang kehrt nicht zum Werfer zurück: sein Vorteil besteht gerade darin, dass er weiter, geradliniger und damit auch zielsicherer fliegt als ein gerader Stock.

(Autor: Lothar Bodingbauer, mit Hilfe eines nicht mehr bekannten Studierenden)