Эффект Джанибекова

[Мифическая личность]

Эффект Джанибекова был описан в 1985 году. При транспортировке грузов в космос вещи упаковываются в мешки, которые крепятся металлическими лентами, зафиксированными винтами и “барашками” гайками с “ушками”. Разбирая груз в невесомости, достаточно стукнуть пальцем по “барашку”. Он отлетает, ты его спокойно ловишь и кладешь в карман.
Открутив очередной “барашек”, советский космонавт Владимир Александрович Джанибеков обратил внимание, как гайка, пролетев 40 сантиметров, неожиданно перевернулась вокруг своей оси и полетела дальше. Пролетев еще 40 сантиметров, опять перевернулась.
Вот видео, иллюстрирующее этот эффект:



makharadg.livejournal.com/31627.html :

Недавно в сообществе ru_cosmos появилось довольно интересное сообщение о "Гайке Джанибекова". Суть эффекта в следующем - берём какое-нибудь тело в невесомости, начинаем его вращать, оно вращается до поры до времени вполне предсказуемо вокруг своей оси, и вдруг ни с того ни с сего, без каких бы то ни было видимых причин, тело делает кульбит так, что ось вращения оказывается повёрнутой в обратную сторону, на 180 градусов. Потом, через такой же промежуток времени (или количество оборотов) происходит обратный скачёк и т.д.

В упомянутой теме на ру_космос есть видео с этим эффектом, заснятое на орбитальной станции, но оно имхо не очень удачное, потому как вращающийся там предмет делает 1-2 оборота перед броском. При определённых же условиях период между бросками может быть намного больше.

Ниже хочу привести выдержку из передачи "Тайные знаки", где речь идёт о "гайке Джанибекова". Там несколько лучше показано как проявляется эффект, хотя это и компьютерная симуляция - вращение в течении некоторого количества оборотов, при этом вращение внешне выглядит вполне устойчивым, и потом резкий, я бы сказал - неожиданный, переброс оси.



Передача интересная, но концовка выглядит совершенно неадекватно, авторы ударились в какие-то совсем уж несуразные фантазии по объяснению эффекта

Я же считаю себя реалистом и стараюсь докапываться до сути. Так чем же в действительности вызван этот эффект?



Для начала прошёлся по научным форумам и посмотрел, что же думают об этом физики, математики и астрономы. Интересные обсуждения найдены здесь и здесь. А вот здесь имеется даже компьютерная программа, сделанная каким-то умельцем, которая симулирует процесс. Но о ней чуть позже. Сначала нужно прояснить как эффект возникает. А дело здесь в следующем.

Когда тело вращается вокруг оси с наименьшим моментом инерции, то оно вращается достаточно устойчиво и эффект не проявляется (кто забыл напомню, момент инерции - это сумма произведений элементарных масс на квадрат расстояния до центра вращения, величина крайне важная для вращательного движения, если не сказать фундаментальная, играет во вращении ту же роль, что и масса в поступательном движении). Пример такого вращения - пуля. Она вращается по оси, проходящей вдоль вытянутой стороны.

Другой крайний случай - тело вращается вокруг оси с наибольшим моментом инерции. Пример - вращающийся диск. В этом случае вращение тоже устойчиво.

А вот проявляться эффект начинает, когда вращение происходит вокруг оси со средним моментом инерции, т.е. когда Jmin < J < Jmax. Плюс к этому тело должно иметь кроме основного вращения, ещё и очень небольшие вращения вокруг двух других осей, скорости которых на порядки меньше. В результате такого вот сложения всех трёх вращений получается сложное пространственное движение тела, которое в определённый момент перескакивает из одного неустойчивого пложения в другое неустойчивое. Аналогия, вычитаная на одном из упомянутых форумов - это раскачаный маятник который не может вот так сразу остановиться в нижнем положении (если не учитывать трение), несмотря на то, что оно самое устойчивое и энергетически выгодное, он его просто проскакивает. Вот нечто наподобии этого маятника, только в приложении к вращательному движению и возникает в гайке Джанибекова. При этом никакие посторонние и неизвестные силы в движение тела не вмешиваются. Весь процесс происходит в соответствии с известными законами вращения и вычисляется по формулам Эйлера. Более подробный расклад можно почитать здесь.

@темы: Физика