1980 yılında Chicago Üniversitesi istatistik profesörü Stephen Mac Stigler yasayı formüle etti.
Beş yıl sonra, Sovyet kozmonot VladimirFındığın ağırlıksız davranışını gözlemleyen Dzhanibekov, olağandışı bir etki fark etti. Stigler yasasını onaylıyormuş gibi, buna Dzhanibekov etkisi denecek, ancak aslında klasik mekaniğin ondan çok önce formüle edilmiş temel varsayımlarının bir sonucu olmasına rağmen.
Astronot ne gördü?
Yörüngeye teslim edilen kargo, kural olarak,özel kelebek veya kelebek ile kapanır. Bu, onu çözmek için özel bir alet gerektirmeyen küçük kulaklı bir tasarımdır. Ağırlıksızlıkta, bir kelebeğin bir "kulağına" vurmak yeterlidir ve kendi kendine dönecektir. Aynı zamanda, yörüngede, çubuktan atladıktan sonra, somun havada dönerek hareket etmeye devam edecektir.
Uzay kurtarma operasyonu sırasında"Salyut-7" istasyonu Vladimir Dzhanibekov, somuna dokunmazsanız, kısa bir mesafe uçtuktan sonra bağımsız olarak havada 180 ° döneceğini ve uçmaya devam edeceğini fark etti. Bir süre sonra, bu tekrar olacak.
Astronot birçok deney yaptı, ancakher seferinde sonuçlar aynıydı. Havada sürekli dönen somun, eşit mesafelerde 180° dönüşler yapmıştır. Dzhanibekov, örneğin bir hamuru topun tutturulduğu sıradan bir somun gibi diğer nesnelerle deneyler yaptıktan sonra, olağandışı davranış sergileyenin yalnızca kelebek somun olmadığına ikna oldu.
Dzhanibekov etkisinin ağırlıksızlıkta gösterilmesi. Video: NASA
Nasıl açıklanır?
Garip davranışları açıklayan ilk gönderiAğırlıksız olarak dönen nesne 1991'de ortaya çıktı. Ancak etkinin kendisi bundan çok önce biliniyordu. 1834'te Louis Poinsot, "Bedenlerin Dönmesinin Yeni Teorisi" adlı çalışmasında, bir cismin ara (ortalama) ana atalet ekseni etrafında dönmesinin kararsız olduğunu gösterdi. Diğer iki eksen etrafında dönüş sabit iken. Katı bir cismin dönüşünü tanımlayan genel ilkeler, daha önce matematikçi Leonhard Euler tarafından Euler döndürme teoreminde formüle edilmiştir.
Vücudun ataletinin ana eksenlerinin çağrıldığını hatırlayın.Merkezkaç atalet momentinin sıfıra eşit olduğu Kartezyen sistemdeki bu tür koordinat eksenleri. Vücudun ağırlık merkezinden geçen ana atalet eksenlerine, vücudun ana merkezi atalet eksenleri denir. Vücudun herhangi bir noktasından üç ana eksen çizilebilir ve hepsi birbirine dik olacaktır.
Havadaki olağandışı taklalar küçük şeylerle açıklanıyordönme sırasında meydana gelen sapmalar. Vücudu kesinlikle ortalama ana merkezi eksen (atalet momenti bir ara pozisyonda olan) etrafında döndürürseniz, hiçbir şey olmayacaktır. Ancak gerçek koşullarda dönme yalnızca bir eksen etrafında gerçekleşmez. Küçük titreşimler vücudun üç eksen etrafında dönmeye başlamasına neden olur.
Bir koordinat sisteminde katı bir cismin dönüşü,cismin kendisiyle ilişkili Euler denklemleri ile tanımlanır. Bunları üç farklı atalet momentine sahip katı bir cisme uygularsak, ortalama atalet ekseni etrafında dönerken, eksenlerin daha küçük olan etrafındaki açısal hızın artacağını ve bunun bir çevirmeye yol açacağını görebiliriz. Diğer iki durumda ise rotasyon sırasında yan etkiler azalır.
Orta eksen kararsızlığının görselleştirilmesi.Dönen nesnenin açısal momentumunun büyüklüğü ve kinetik enerjisi korunur. Sonuç olarak açısal hız vektörü iki elipsoidin kesişiminde kalır. Resim: Öğrenci298, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons aracılığıyla
Nasıl gözlemleyebilirsiniz?
Janebekov etkisi sadeceağırlıksız uzayda değil, aynı zamanda Dünya'da da. Tek ihtiyacınız olan bir tenis raketi. Düzlemi yatay olacak şekilde raketi tutamağından almanız gerekir. Sapa dik bir yatay eksen etrafında tam bir dönüş yapacak şekilde fırlatır ve ardından raketi yakalarsanız, dikey eksen etrafında da yarım dönüş yaptığı ortaya çıkıyor.
Uçuşta bir tenis raketinin dönüşü. Resim: Steffen Glaser, TUM
Aksine, eğer raketi fırlatırken diğer iki eksenden biri etrafında dönmesini sağlamak için (tutamak ekseni veya dikey eksen etrafından geçerek), dönüş sadece onların etrafında gerçekleştirilecektir.
Aynı deney herhangi birüç farklı ana dönme momentine sahip katı bir gövde. Örneğin, bir kitap veya akıllı telefon yapacak. İkincisi ile yapılan deneyler kırık bir ekranla dolu olsa da ve onları tavsiye etmiyoruz, ancak Dzhanibekov etkisi işe yarayacak. Her iki durumda da orta eksen, kitabın veya telefonun uzun kenarına dik olacaktır.
Tenis raketini döndürmek. Resim: Cmglee, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons aracılığıyla
Sadece güzel matematik mi?
Dzhanibekov etkisi sadece eğlenceli bir gerçek değil,hangisini izlemek ilginç. Rastgele dönüşler, bir uzay aracının veya uydunun yörüngesini değiştirebilir. Bu durumda, Dünya'nın veya uyduların dönüşü konusunda endişelenmemelisiniz. Bu durumlarda, dönüş, diğer eksenler etrafındaki dönüş enerjisini dağıtabilen gelgit kuvvetleri gibi diğer kuvvetlerden etkilenir, bunun sonucunda gövde en büyük torkla eksen etrafında sabit bir şekilde döner.
Buna ek olarak, Dzhanibekov etkisi de uygulama bulmuştur.kuantum fiziği. Kuantanın ayrıca spin olarak bilinen açısal bir momentumu vardır. Elektromanyetik alan uygulanarak etkilenebilir. Scientific Reports dergisinde yayınlanan bir makalede, bilim adamları, dönüş davranışındaki değişikliklerin, dönen raket teoremini açıklayan aynı matematiksel formüller kullanılarak tanımlanabileceğini buldular.
Bu teori kasıtlı olarak uygulanabilirdönüş yönünü değiştirerek küçük bozulmaların neden olduğu hataları en aza indirin. Bu, kuantum durumlarının elektromanyetik kontrolünü optimize etmeye yardımcı olur.
Kuantlar için dönen raket teoreminin bir gösterimi. Resim: Van Damme ve diğerleri, Bilimsel Raporlar
Daha fazla oku:
Bilim adamları piramitlerin sırlarını çözmeye yaklaştılar: eski insanlar onları nasıl inşa edebildi?
Yaşlılıkta karaciğer sağlığını korumanın mekanizması ortaya çıktı
Fizikçiler Hawking'in 'kozmik uyumsuzluğunu' açıklıyor: bilimi nasıl değiştirecek