Године 1980, Стивен Мак Стиглер, професор на Одсеку за статистику Универзитета у Чикагу, формулисао је закон
Пет година касније, совјетски космонаут ВладимирЏанибеков, посматрајући понашање ораха у бестежинском стању, приметио је необичан ефекат. Као потврда Стиглеровог закона, назваће се Џанибековљевим ефектом, иако је у ствари последица кључних постулата класичне механике, формулисаних много пре тога.
Шта је видео астронаут?
Терет испоручен у орбиту, по правилу,затвара се посебним крилним наврткама или лептирима. Ово је такав дизајн са малим ушима који не захтева посебан алат за одмотавање. У бестежинском стању, довољно је ударити једно „ухо“ лептира и он ће се сам окренути. Истовремено, у орбити, након што је скочио са шипке, матица ће наставити да се креће, ротирајући у ваздуху.
Током операције спасавања из свемирастаница "Саљут-7" Владимир Џанибеков је приметио да ако не додирнете матицу, онда ће се, након летења на малој удаљености, самостално окренути за 180 ° у ваздуху и наставити да лети. После неког времена, ово ће се поновити.
Астронаут је спровео многе експерименте, алисваки пут су резултати били исти. Матица која је ротирала у ваздуху се стално окретала за 180° на једнаким растојањима. Експериментишући са другим предметима, на пример, са обичним орахом за који је била причвршћена кугла од пластелина, Џанибеков се уверио да није само лептир орах тај који је показао необично понашање.
Демонстрација Џанибековљевог ефекта у бестежинском стању. Видео: НАСА
Како то објаснити?
Први пост који објашњава чудно понашањеобјекат који ротира у бестежинском стању појавио се 1991. године. Али сам ефекат је био познат много пре тога. Још 1834. Луј Поинсо је у свом делу „Нова теорија ротације тела“ показао да је ротација тела око средње (средње) главне осе инерције нестабилна. Док је ротација око друге две осе стабилна. Опште принципе који описују ротацију крутог тела још раније је формулисао математичар Леонхард Ојлер у Ојлеровој теореми ротације.
Подсетимо се да се главне осе инерције тела називајутакве координатне осе у Декартовом систему, у односу на које је центрифугални момент инерције једнак нули. Главне осе инерције које пролазе кроз тежиште тела називају се главне централне осе инерције тела. Три главне осе могу се повући кроз било коју тачку тела и све ће бити међусобно окомите.
Необични салто у ваздуху објашњавају се малимодступања која се јављају при ротацији. Ако тело завртите стриктно око просечне главне централне осе (оне чији момент инерције заузима средњи положај), ништа се неће догодити. Али у стварним условима, ротација се дешава не само око једне осе. Мале вибрације доводе до тога да тело почиње да се окреће око све три осе.&нбсп;
Ротација крутог тела у координатном систему,повезана са самим телом описана је Ојлеровим једначинама. Ако их применимо на круто тело са три различита момента инерције, можемо видети да ће се при ротацији око просечне осе инерције угаона брзина око мање оси повећати, што ће довести до преокрета. У друга два случаја, нежељени ефекти се смањују током ротације.
Визуелизација нестабилности средње осе.Величина угаоног момента и кинетичка енергија ротирајућег објекта су очуване. Као резултат тога, вектор угаоне брзине остаје на пресеку два елипсоида. Слика: Студент298, ЦЦ БИ-СА 4.0, преко Викимедиа Цоммонс
Како можете посматрати?
Јанебеков ефекат се може посматрати не само упростору у бестежинском стању, али и на Земљи. Све што вам треба је тениски рекет. Морате узети рекет за ручку тако да је његова раван хоризонтална. Ако га баците тако да направи потпуни обрт око хоризонталне осе окомито на дршку, а затим ухватите рекет, испоставиће се да је направио и пола обртаја око вертикалне осе.
Ротација тениског рекета у лету. Слика: Стеффен Гласер, ТУМ
Напротив, ако се приликом бацања рекета окреће око једне од друге две осе (пролазећи око осе ручке или вертикалне осе), онда ће се ротација вршити само око њих.
Исти експеримент се може поновити са било којимкруто тело које има три различита главна момента ротације. На пример, књига или паметни телефон ће бити довољни. Иако су експерименти са овим последњим препуни сломљеног екрана, а ми их не препоручујемо, Џанибеков ефекат ће радити. У оба случаја, средња оса ће бити окомита на дужу страну књиге или телефона.
Ротирање тениског рекета. Слика: Цмглее, ЦЦ БИ-СА 4.0, преко Викимедиа Цоммонс
Само лепа математика?
Џанибеков ефекат није само забавна чињеница,што је занимљиво гледати. Насумичне ротације могу променити путању свемирске летелице или сателита. У овом случају не треба да бринете о ротацији Земље или сателита. У овим случајевима на ротацију утичу друге силе, као што су плимне силе, које су у стању да расипају енергију ротације око других осе, услед чега тело стабилно ротира око осе са највећим обртним моментом.
Поред тога, Џанибеков ефекат је нашао примену уквантна физика. Кванти такође имају угаони момент, познат као спин. На њега се може утицати применом електромагнетног поља. У раду објављеном у часопису Сциентифиц Репортс, научници су открили да се промене у понашању спина могу описати коришћењем истих математичких формула које објашњавају теорему о ротирајућем рекету.
Ова теорија се може сврсисходно применитипромени оријентацију спина, чиме се минимизирају грешке узроковане малим пертурбацијама. Ово помаже да се оптимизује електромагнетна контрола квантних стања.
Илустрација теореме о окретању рекета за кванте. Слика: Ван Дамме ет ал., Сциентифиц Репортс
Опширније:
Научници су се приближили разоткривању тајни пирамида: како су древни људи могли да их саграде
Открива се механизам одржавања здравља јетре у старости
Физичари објашњавају Хокингову 'космичку неусклађеност': како ће то променити науку