1980-ban a Chicagói Egyetem statisztikai professzora, Stephen Mac Stigler megfogalmazta a törvényt
Öt évvel később Vlagyimir szovjet űrhajósDzsanibekov, megfigyelve a dió viselkedését súlytalanságban, szokatlan hatást észlelt. Mintha a Stigler-törvény megerősítése lenne, ezt Dzsanibekov-effektusnak fogják nevezni, bár valójában a klasszikus mechanika kulcsfontosságú posztulátumainak következménye, amelyeket jóval azelőtt fogalmaztak meg.
Mit látott az űrhajós?
A pályára szállított rakomány általábanspeciális szárnyas anyákkal vagy pillangókkal záródik. Ez egy ilyen kis fülű kialakítás, amelyhez nincs szükség speciális szerszámra a letekeréshez. Súlytalanságban elég megütni egy „fülét” a pillangónak, és magától megpördül. Ugyanakkor a pályán, miután leugrott a rúdról, az anya tovább mozog, forog a levegőben.
Az űrmentő akció során"Szaljut-7" állomás Vlagyimir Dzsanibekov észrevette, hogy ha nem érinti meg az anyát, akkor kis távolság repülése után az önállóan 180 ° -kal elfordul a levegőben, és tovább repül. Egy idő után ez megismétlődik.
Az űrhajós sok kísérletet végzett, deminden alkalommal ugyanaz volt az eredmény. A levegőben forgó anya állandóan 180°-os fordulatot tett egyenlő távolságra. Miután más tárgyakkal kísérletezett, például egy közönséges anyával, amelyhez gyurmagolyót erősítettek, Dzsanibekov meggyőződött arról, hogy nem csak a pillangó anya mutat szokatlan viselkedést.
A Dzsanibekov-effektus bemutatása súlytalanságban. Videó: NASA
Hogyan magyarázzuk el?
Az első bejegyzés a furcsa viselkedést magyarázzaA súlytalanságban forgó tárgy 1991-ben jelent meg. De maga a hatás már jóval korábban ismert volt. Louis Poinsot 1834-ben "A testek forgásának új elmélete" című munkájában kimutatta, hogy a test forgása a köztes (átlagos) tehetetlenségi tengely körül instabil. Míg a másik két tengely körüli forgás stabil. A merev test forgását leíró általános elveket még korábban Leonhard Euler matematikus fogalmazta meg az Euler-forgástételben.
Emlékezzünk vissza, hogy a test fő tehetetlenségi tengelyeit únolyan koordinátatengelyek a derékszögű rendszerben, amelyekhez viszonyítva a centrifugális tehetetlenségi nyomaték egyenlő nullával. A test súlypontján áthaladó fő tehetetlenségi tengelyeket a test fő központi tehetetlenségi tengelyeinek nevezzük. A test bármely pontján három fő tengely húzható át, és mindegyik egymásra merőleges lesz.
A szokatlan bukfencet a levegőben apróságok magyarázzákforgás közben fellépő eltérések. Ha a testet szigorúan az átlagos fő központi tengely körül forgatja (amelynek a tehetetlenségi nyomatéka egy köztes helyzetet foglal el), semmi sem fog történni. De valós körülmények között a forgás nem csak egy tengely körül történik. Kis rezgések ahhoz vezetnek, hogy a test mindhárom tengely körül forogni kezd.
Merev test forgatása koordinátarendszerben,magával a testtel társított Euler-egyenletek írják le. Ha három különböző tehetetlenségi nyomatékú merev testre alkalmazzuk őket, akkor láthatjuk, hogy az átlagos tehetetlenségi tengely körüli forgáskor a kisebbik tengely körüli szögsebesség megnő, ami átforduláshoz vezet. A másik két esetben a mellékhatások csökkennek a forgatás során.
A középtengely instabilitásának megjelenítése.A forgó tárgy szögimpulzusának és mozgási energiájának nagysága megmarad. Ennek eredményeként a szögsebesség vektor a két ellipszoid metszéspontjában marad. Kép: Student298, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons
Hogyan lehet megfigyelni?
A Janebekov-effektus nemcsak azokban figyelhető megtér a súlytalanságban, de a Földön is. Csak egy teniszütő kell hozzá. Az ütőt a fogantyúnál fogva kell megfognia, hogy síkja vízszintes legyen. Ha úgy feldobod, hogy a fogantyúra merőleges vízszintes tengely körül egy teljes fordulatot tesz, majd elkapod az ütőt, akkor kiderül, hogy a függőleges tengely körül is megtett egy fél fordulatot.
Teniszütő forgatása repülés közben. Kép: Steffen Glaser, TUM
Ellenkezőleg, ha az ütő feldobása közben a másik két tengely valamelyike körül forog (a fogantyú tengelye vagy a függőleges tengely körül), akkor a forgatás csak ezek körül fog megtörténni.
Ugyanez a kísérlet bármelyikkel megismételhetőegy merev test, amelynek három különböző fő forgási nyomatéka van. Például egy könyv vagy egy okostelefon megteszi. Bár az utóbbiakkal végzett kísérletek tele vannak törött képernyővel, és nem ajánljuk őket, a Dzhanibekov-effektus működni fog. Mindkét esetben a középső tengely merőleges lesz a könyv vagy a telefon hosszú oldalára.
Teniszütő forgatása. Kép: Cmglee, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons
Csak szép matek?
A Dzsanibekov-effektus nem csak szórakoztató tény,amit érdekes nézni. A véletlenszerű forgatások megváltoztathatják egy űrhajó vagy műhold röppályáját. Ebben az esetben nem kell aggódnia a Föld vagy a műholdak forgása miatt. Ezekben az esetekben a forgást egyéb erők, például árapály-erők befolyásolják, amelyek képesek a forgási energiát más tengelyek körül elvezetni, aminek következtében a test stabilan forog a legnagyobb nyomatékkal rendelkező tengely körül.
Ezenkívül a Dzhanibekov-effektus alkalmazásra találtkvantumfizika. A kvantumoknak szögimpulzusuk is van, amelyet spinnek neveznek. Elektromágneses tér alkalmazásával befolyásolható. A Scientific Reports folyóiratban megjelent cikkben a tudósok azt találták, hogy a spin viselkedés változásai ugyanazokkal a matematikai képletekkel írhatók le, amelyek megmagyarázzák a forgó ütő-tételt.
Ezt az elméletet célirányosan lehet alkalmazniváltoztassa meg a forgásirányt, ezáltal minimalizálja a kis zavarok okozta hibákat. Ez segít optimalizálni a kvantumállapotok elektromágneses szabályozását.
A kvantumok forgó ütőtételének illusztrációja. Kép: Van Damme et al., Scientific Reports
Olvass tovább:
A tudósok közel kerültek a piramisok titkainak megfejtéséhez: hogyan tudták megépíteni őket az ókori emberek
Feltárul a máj egészségének megőrzésének mechanizmusa idős korban
A fizikusok megmagyarázzák Hawking „kozmikus eltérését”: hogyan fogja megváltoztatni a tudományt