Эффект Джанибекова
Vložit
- čas přidán 18. 12. 2023
- Эффект Джанибекова - это яркая демонстрация теоремы Пуансо о неустойчивости вращения вокруг оси со средним моментом инерции. Этот эффект особенно хорошо наблюдать в невесомости, мы же делаем такие опыты, которые демонстрируют и поясняют этот эффект в земных условиях.
Ключевые слова: момент инерции, тензор инерции, теорема о средней оси.
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
В гайке колебания происходят между осью с минимальным и средним моментом инерции, не влияя на угловую скорость вращения вокруг оси с максимальным моментом инерции. В данной же модели момент инерции коромысла изменяется, и по закону сохранения момента импулься должен обмениваться моментом импульса с рамкой, а рамка со станиной. Это увеличевает трение во всех узлах вращения, расходует энергию на деформацию рамы, станины, и на трение ножек станины об стол.
Все три оси инерции в свободно вращающемся объекте взаимно перпендикулярны, следовательно угловые скорости вращения вокруг каждой из осей постоянны и никак не меняют друг друга. "Кувыркания" различного рода, тел типа гайки в "мировом пространстве" происходят тогда, когда имеются угловые скорости вращения вокруг хотябы двух, из этих трёх, любых (!) осей. Фраза "колебания происходят между осью с минимальным и средним моментом инерции" не имеет смысла! Что между ними колеблется?
иногда хочу тоже быть таким умным и все загадки решать не напрягаясь =)
@@psv62 Э-нет! Угловые скорости вращения вокруг трёх собственных осей тензора инерции меняются! Потому что сохраняется лишь момент импульса, а вектор угловой скорости - вообще говоря, не обязан. Не говоря уж о его проекциях на главные оси...
Реально?
@@Andrei_Shtirletz , будь)
Андрей Щетников, Алексей Колчин!!!
Это Супер!
Молодцы! Спасибо!
Ответ: Думаю, это из-за фиксации оси вращения больших грузов и независимости/шарнирности малой оси. В свободном полёте такого нет, и главная ось тоже колеблется.
Т.е. в свободном полёте имеем перекачку момента из вращения больших грузов во вращение малых грузов. Изначально момент инерции передан в большие грузы и их вращение обладает "большой ёмкостью". Перекачиваясь в ось с "меньшей ёмкостью" момент импульса пытается "сильно отклонить" малую ось и "мало отклонить" главную ось. Но тело вращается как одно целое. Потеря энергии "большого" вращения зависит от синуса угла отклонения, а "малого" - от косинуса. При малых углах "большое" вращение почти ни чего не теряет, и энергия постепенно перекачивается. Угол постепенно растёт. При достижении более менее значительного угла отклонения "большое" вращение начинает отдавать значительную часть своего импульса (изменение синуса угла начинает значительно отставать от изменения угла), а "малое" вращение "не успевает его скушать" и пытается ещё сильнее и сильнее отклонить систему, чем вызывает ещё больший поток импульса в себя.
В вашей системе это так не работает, так как это не жесткое тело.
Многоуважаемые Андрей и Алексей! Большое спасибо за ту огромную практическую и теоретическую работу по объяснению эффекта Джанибекова. Причину появления вашей работы я объясняю тем, что у всё большего и большего количества людей возникает вопрос, а не сможет ли наша планета делать кувырки в космическом пространстве, которые будут приводить к вымиранию всего живого? Тем более, что как пишет "Википедия":"На протяжении фанерозоя (последние 540 миллионов лет) имело место пять крупных вымираний и порядка 20 менее масштабных" (Википедия. Статья "Массовое вымирание"). Одной из причин вымирания некоторые учёные считают переполюсовку магнитных полюсов нашей планеты. Это предположение основывается на наблюдаемом дрейфе магнитных полюсов и нахождении древних горных пород с магнитными свойствами не соответствующими нынешнему состоянию магнитного поля нашей планеты. Ваши прекрасные опыты в какой-то мере успокаивают широкие слои населения, но увы не дают надёжного ответа на вопрос не произойдёт ли кувырок нашей планеты в космическом пространстве или кувырок его твёрдого ядра. Ведь форма этого ядра неизвестна, как и неизвестно количество осей вокруг которых это ядро вращается. То что это ядро шарообразное и имеет одну ось вращения вокруг которого вращается наша земля является лишь предположением. Тогда как данные по определению формы Земли доказывают, что геометрически наша планета представляет собою геоид и состоит из твёрдой оболочки, ряда квазижидких и жидких оболочек и твёрдого ядра. Таким образом расчёты Ляпунова, определяющие движение небесных тел, как жидкостей, слишком приблизительны, чтобы можно им верить в полной мере. Надо провести расчёты по устойчивости Земли как волчка, состоящего из твёрдого тела квазишарообразной формы (геоида) покрытого слоями квазижидкостей и жидкостей и сверху покрытого, плавающими в этих квазижидкостях и жидкостях твёрдой и тонкой оболочке. Приблизительно представить такую модель можно в виде сырого куриного яйца в центре которого находится плотное ядро. И провести опыты не на Земле, а в космосе. Неужели никто из космонавтов или учёных не додумался провести такой простой опыт. Поместить внутрь сырого яйца металлический предмет имитирующий геоид и в невесомости закрутить его. И посмотреть как будет вести себя такая модель. Как показывает жизнь никакая математическая модель не сравнится даже с приблизительным натурным опытом. К сожалению, у меня нет возможности попросить космонавтов провести этот опыт в условиях невесомость. Просто потому, что в лучшем случае они мне не ответят, а в худшем, публично пошлют в пешее эротическое путешествие. Да что там космонавты! Я на 100% уверен, что и вы, Андрей и Алексей не читаете наши комментарии. С вас достаточно лайков, чтобы делать новые ролики, для публики, которая как известно из высказываний творческих людей "дура"!
Спасибо огромное за Вашу работу... Как всегда хорошая пища для размышления... 😊
Замечательную установку Вы соорудили! Приятно наблюдать!
Как всегда: видео познавательное и очень интересное!
один из самых полезных каналов!
Спасибо, как всё просто!
классный канал ) учитель красавчик !
Обожаю ваши ролики, особенно про темы которые затрагивают вращение тел. Кажется это такое простое и то что есть у каждого человека в руке вместе с любым предметом, но в то же время невероятно сложное и хранящее в себе разного рода проявлений и эффектов, которые могли бы ещё изменить наш мир!)
безусловно вращение одно из самых сложных по сути движений. Ведь это ускоренное движение триллионов атомов, связанных друг с другом электромагнитными силами. Хорошо, что в некоторых случаях этот весь ужас можно заменить на концепцию центра масс и момента вращения. Но это лишь математические трюки для упрощения вычислений.
Да, блин, эти ребята - вообще гении. Лучший канал по математике - великолепный 3blue1brown, а по физике - этот. Да ещё и на русском языке! Это ж вообще! И на английском ничего подобного нету!
Спасибо большое за видео!
Поразительно! Так просто о таком сложном.
Уважаемые Андрей и Алексей!
С огромным интересом и удовольствием смотрю Ваши ролики. Вы затрагиваете довольно тонкие вопросы, докапываетесь до смысла очень глубоко, прекрасно излагаете.
Добавлю к одной из рассмотренных тем. Задача о силе реакции всасываемой струи была решена Н.Е.Жуковским около 100 лет назад. Этот факт раскопал студент при подготовке вопроса по выбору ГОС. по физике. Ныне он дфмн.
Спасибо! Подробно и интересно рассказываете. Все ролики интересно смотреть! И теоретические расчеты и физические подтверждения.
Комментарий для продвижения канала.
Очень интересно, спасибо!
Благодарю вас, ребята, за эти великолепные эксперименты и объяснения.
Зависания на модели не происходит из-за жестко фиксированной горизонтальной оси
Говорят: инженеры-конструкторы авиамоделисты самые лучшие инженеры физики. Моё почтение. Великолепный ролик. Спасибо. Моё соображение - энергии свободного выхода не хватает, чтобы залететь в энергетическую "яму".
Какой позитивный дядька! Добра вам!
Парни Вы молодцы
Классно! Очень интересно.
Большое спасибо!!!
Шикарно!
Вы такой классный,так грамотно и интересно рассказываете😊
Очень мощно и логически сказано.А то пять лет читаю информацию,как -то толком не обьяснили.Беплоты души вам,добрые❤❤❤
И где вы увидели объяснение??
На крестовинах?? А вы знаете, что эти эксы делали на шарах, и Шары в космосе крестовин не имели, а переворачивались. Но про это конечно ничего не сказали...
Да там чего только не вращали, , эффект одинаковый. Вдоль любых осей вращения, все предметы переворачивались.
Очень хорошая тема
таки очень толковый канал!
Возможно нужно провести второй эксперимент и поставить ось вращения модели вертикально и сравнить результаты
Конечно дело в несимметричном влиянии силы тяжести ,
Нужно взять куб наполненный жидкостью, чтобы смоделировать планету.
Тогда шар с жидкостью, планета не куб.
Сначала тоже про это подумал. Но нет. Несимметричность не уберется: часть коромысла, которая будет подниматься от максимально отклоненного состояния вверх с ускорением тяжелее опускающейся. Из- за вращения модели возникнет колебательный контур. Только хардкор, только невесомость!
Отличное видео.Примерно тоже самое происходит,если цилиндр спускать по направляющим вниз,когда он вращаясь начинает подпрыгивать и норовит убежать с направляющих в сторону.Интересный опыт.Заставляет задуматься по какой причине это происходит,а данный опыт показывает по факту причину такого поведения.Так же можно добавить аналогию биения массивного диска,который вращается на оси.К примеру, дисковая пила при вращении начинает немного бить и вибрировать.Большое спасибо за продемонстрированный опыт и объяснение.
Как всегда интересно! Возможно уместно добавить, что время выхода системы из неустойчивого положения равновесия сильно зависит от начального отклонения. Теоретически и экспериментально это можно показать на примере обычного маятника в верхней точке равновесия. Видимо, это время в эффекте Джанибекова зависит также от относительного различия среднего и одного из экстремальных моментов инерции. Например, для однородного цилиндра неустойчивость вообще не возникает.
Проиллюстрировать эффект Джанибекова можно попробовать с обычным демонстрационным гироскопом в кардановом подвесе. Два диаметрально расположенных на диске груза, например, магнита, нарушат симметрию и возникнет ось с промежуточным моментом инерции. Вращать нужно не гироскоп, а карданов подвес.
Прикольна.... пасиб...
Тут жесткое закрепление 1го вращения, а в свободном полёте какие-то отклонения могут туда передаваться.
Воссторг!!!!! Огромное спасибо!!!
В детстве я этот эффект с удовольствием наблюдал на примере вращения пульта от телевизора. Просто брал его в руку (как обычно берут пульт) и подбрасывал вверх, придавая ему вращение вокруг оси со средним моментом инерции. И пульт почти всегда приземлялся в руку кнопками вниз, хотя я запускал его кнопками вверх. Тогда я не мог понять, почему так происходит, но практический вывод сделал совершенно верный)
Ага! Такая же фигня! Только подбрасывал ракетку для бадминтона. Как раз где-то году в 85-м))) Пультов у нас тогда не было.
Новосибирская школа по физике - это супер! Родня Физтеху.
Спасибо!
Тоже думаю о недостатке степеней свободы. На записи в невесомости вроде бы видно что сначала усиливается прецессия, а потом происходит переворот. Интересно было бы посмотреть на такой гироскоп в карданном подвесе, который сам меняет направление.
Ключевое слово - придумал👍✊
Здравствуйте.
Спасибо смотрим всей семьёй с большим удовольствием!
Мне кажется как главе семьи:не весомость и в космосе невесомость.
На земле может быть эффект "Эфира".
Огромное спасибо! Просто изумительно! Кстати, а если сдвинуть маленькую вертушку от центра установки? Да, и саму сделать короче?
1. Может быть центр главной оси смещен относительно вращающейся рамки, также как центр коромысла. 2.Орбитальная скорость падения модуля с космонавтом может иметь значение.
Самое доступное и наглядное объяснение эффекта Джанибекова на Ютубе.
Спасибо и низкий поклон👍😊
Забавно, но эффект Джанибекова я открыл еще в детстве, когда подкидывал пульт от телевизора. Тогда мне это казалось очень забавным, как буквально за один оборот пульт стремится поменять направление (задняя часть с батарейками сильно тяжелее передней с кнопками), но естественно, в 10 лет побежать и начать писать научную работу ума не хватило :D
В последствии узнал, что хорошим экспериментальным примером на Земле является подбрасывание теннисной ракетки, что по сути - то же самое))
Но в этом видео первый раз узнал, что для объяснения эффекта достаточно и относительно симметричного тела. Андрею, как всегда, благодарность за видео)
Большое спасибо за выпуск. Почитав коментарии и немного поразмыслив. Я думаю, что из-за сил инерции и их влиянии на силы трения, данное устройство не совсем похоже ведет себя, а еще опыт Джанибекова наблюдался в условиях свободного падения, невесомости. Почему то этот эффект еще называют эффектом тенисной ракетки.
При возникновении эффекта Джанибекова возникает поступательное и вращательное движение тела. Результирующее движение удобно разложить на движение полюса и сферическое движение вокруг полюса. В сферическом движении происходит сложение угловых скоростей. Векторы угловых скоростей складываются как и другие векторы. Но ведь мы имеем дело со сложным движением, когда возникает не только сложение векторов угловой скорости, но и поворот вектора относительной угловой скорости. Поэтому результатом сложения угловых скоростей является вращение тела вокруг оси, которая является мгновенной и постоянно меняет свое положение. Наглядным примером сложения угловых скоростей является движение подвижной конической шестерни по неподвижной конической шестерне. Для того, чтобы обеспечить такое движение, подвижная коническая шестерня должна не только вращаться на валу, но и сам вал должен вращаться вокруг оси, которая совпадает с осью неподвижной шестерни. Неподвижным аксоидом при этом будет конусная поверхность.
По заключительному вопросу:
Вы показывали, как легко коромысло вращается вокруг своей оси на подшипниках. Но это когда вся система не вращается. А когда она вращается и проявляется эффект Джанибекова, в процессе переворота коромысла скорости его грузиков сильно меняются. Значит, на коромысло действует большой момент силы со стороны подшипников. Поэтому трение в подшипниках в таком случае больше.
Чтобы эффект работал как в космосе, с зависаниями и т.д., коромысло должно возвращаться в положение, максимально близкое к оси рамки. Но из-за трения в подшипниках оно не может этого сделать.
Я со своей дилетантской точки зрения могу лишь предположить, что либо невесомость "не полная" (есть притяжение самой станции), либо играет роль сопротивление среды, а может и все вместе. В опыте с коромыслом есть момент сопротивления подшипника и микро деформации металла (это я щас сам себя уговариваю). Вообще спасибо, смотрю Ваши эксперименты с удовольствием.
10:10 частота нелинейных колебаний маятника сильно зависит от амплитуды колебаний, когда маятник зависает в малых окрестностях точек неустойчивого равновесия (такие эффекты могут использоваться в каскадах сверхрегенеративных усилителей🦋🪶)
готов предположить, эффект не получился из за подвижного соединения, так как в жесткой сцепке большой груз за счет инерции на время выравнивает малую ось
В курсе теоретической механики есть тема "Моменты инерции массы". Они бывают трех видов: полярный, осевые и центробежные. Полярный и осевые всегда положительные (они определяются квадрата и координат), а вот центробежные могут быть и отрицательными (они определяются произведение двух координат). Сделать идеально симметрично (сбалансированно) тело не возможно. При вращения тела относительно "средней" оси центробежный момент будет максимальным по величине. Думаю, что именно наличием центробежных моментов и можно объяснить это "кувыркание".
👍👍👍
Да, это интересный очень эффект. И возможно согласно ему и смещение плоскости вращения земной оси с течением времени вполне реально. Ведь львиная доля массы земли находится в жидком состоянии, в постоянном движении, и вряд ли центр массы земли находится в ее геометрическом центре.
эффект человека: присоединять человековые имена к объектам и процессам
сила трения в реальных подшипниках карданного подвеса зависит но механических нагрузок на подшипники, в том числе в поверболах
Действует сила гравитации, которая не влияет в невесомости. (плюс ***возможно*** погрешности в конструкции - смещение осей, которые распределяют действующие силы неравномерно)
Спасибо за видео.
А может быть нужно было разместить грузики крестом. Так чтобы грузики с меньшей массой были на более длинных рычагах. Более длинный рычаг давал бы большую стабильность и инерцию. Но при смещении меняется угол - рычаг уменьшается и вторая пара грузов на меньшем рычаге но большей массы разгоняется под действием центробежной силы и проскакивает по инерции положение с когда еë рычаг максимален. Что, в последствии, опять приводит в положение с максимальным рычагом малые грузы
В установке две независимые оси вращения, а у гайки они соединены вместе так, что вместе с поворотом по оси наименьшего момента вращения меняется пространственная ориентация плоскости вращения максимального момента с + на -. (То есть вся гайка целиком поворачивается по своей оси наменьшего момента вращения и совершает колебательные движения; с экспериментальной установкой этого, очевидно, не происходит.) Возможно, необходимость смены ориентации плоскости максимального момента вращения и связанная с этим инерция препятствует повороту на некоторое время.
Чисто интуитивно кажется, что дело в разнице массы грузов на осях, ведь ваша модель из пластика сделала один уверенный оборот перед переворотом, возможно, дело в том, что более серьезной установке момент вращения равномерный, а в меньших он идет рывками.
Я думаю, что важную роль играет соотношение размеров вращающегося объекта к массе, надо еще учитывать Кориолисово ускорение.
Как всё просто оказывается, а я думал думал раньше но не додумался :))). А на вопрос - так там связка жесткая получается между осями и сила энерции большой массы требует большей раскачки.
Нужна свободная третья ось вращения.
А вообще, подсознательно, кажется, что в подобном устройстве, можно каким-то хитрым образом синхронизировать скорости и оси вращения таким образом, чтобы импульс расбалансировки системы, был бы всегда направлен вверх.
Посмотрев ролик, я понял, что эффекту Джанибекова есть объяснение, но самого объяснения не понял :)
Ещё интересно бы рассказать, почему переворота не происходит при вращении вокруг оси с наименьшим моментом. Интуитивно не очевидно)
Если простыми словами массы по центру больше чем по периметру вращения, и этой массы не хватает чтобы расколбасить центр.
@@user-iy3ys1um1e При отклонении у тёжёлых грузов малое возвращающее плечо силы, но большой радиус в центробежной силе. У малых грузов большое отклоняющее плечо силы, но малый радиус в центробежной силе. (это sin(2a) в формуле). Поэтому чья масса больше, тот и перевешивает.
Видно, что даже при первом пролете коромысло и близко не возвращается к горизонтали, конечно зависания так большого не будет. Вопрос в том, какие именно трения виновны?
В эксперименте отсутствует зависание из-за отсутсвия однородного рапределения массы круглыми грузиками по кругу(полукругу) качения(не вращения) балки
Чтоб в эксперименте получилось плавное ускорение качения(иллюзия зависания) нужно качающиеся круглые грузики заменить(и жестко установить) на длинные(примерно пол-радиуса качения, +,-) любого однородного сечения и направленные по касательной кругу качения(не вращения). Думаю эффект зависания будет достигнут за счет того, что в начале качения центробежная сила длинных грузиков будет медленно нарастать пока они пересекают ось вращения, и также в конце качения центрбежная должна медленно убывать, возможно линейно.
Другой вариант,можно было поставить по два грузика на концах качающейся балки по кругу качения на небольшом расстоянии, тут скорее всего, в начале качения центробежная сила будет нулевая пока на каждом конце балки грузики будут по разные стороны от оси вращения, затем при пересечении оси вращения и вторых грузиков центробежная сила должна увеличиваться скачкообразно. Кажется в этих двух случаях по разному должно быть заметно то самое "зависание"
В дополнение к объяснению данного эффекта в видоролике хочется кое-что заметить. В видео снятых в условиях космоса есть два объединяющих фактора большая разница масс на концах условных вращающихся крестовин и большая скорость вращения вокруг оси с лёгкими грузами. Повторить опыт с меньшим количеством переворотов вокруг оси с лёгкими грузами относительно оси с тяжёлыми грузами можно, если изначально увеличить скорость вращения так чтобы возник достаточно большой гироскопический эффект. Именно он не даёт лишний раз перевернуться маятнику вокруг оси с лёгкими грузами.
Первая космическая в помощь 😊
Из-за сопротивления воздуха угол к которому возвращается после разворота будет с каждым разом увеличиваться, так как при двороте по инерции часть силы тратится на сопротивление воздуха.
попробую в ответ на последний вопрос: вариантов вижу два. 1) слишком массивные грузы на концах коромысла, в следствии чего слишком большой момент, который не дает даже на время уравновеситься системе. 2) Слишком маленькая скорость, но исходя из формулы, чем больше скорость тем больше момент, а значит скорее всего 1й вариант, попробуйте убрать с концов коромысла сначала 32% массы, потом 68% от первоначальной массы.
В догонку ко всему вышесказанному хочу добавить, что планета Земля каждые 13 тыщ лет совершает такие кульбиты
Поставляйте модели в надувных шарах!
Не скрывайте ЭД для молекул! Плоские молекулы (как книги) могут красть от теплового хаоса с ЭД, а некоторые точки из них могут осваивать и излучать. Это отличается от простого вращения.
Здравствуйте! Спасибо за интересное видео. На мой взгляд на земле невозможно повторить эффект Джанибекова из за гравитации.
Во-первых они практически повторили в середине ролика, во-вторых у космонавтов гравитации не то чтобы заметно меньше
Возможно вашу установку нужно поставить на центрифугу большого диаметра и придать ей пусть и криволинейное, но поступательное движение, и можно сделать ещЁ третью сь вращения, перпендикулярную обеим уже имеющимся
ответ: на видео заметно что в невесомости средняя ось, переворачиваясь, на время в ходе переворота существенно отклоняет большую ось а затем приняв стабильное положение она получает энергию от большой оси обратно и большая ось возвращается в исходное положение тоже. в важей же установке большая ось зафиксирована и поэтому не может на время принять а потом вернуть обратно средней оси энергию её переворота, поэтому она и теряет её на каждом перевороте значительно
Возможно, для опыта следовало использовать карданов подвес. А так одна из осей жёстко закреплена.
В замедленной съёмке видно, что коромысло начинает двигаться после короткого зависания в момент времени, когда рамка совершает поворот и сила притяжения и момент вращения рамки начинают неравномерно действовать на грузы коромысла. Один груз оказывается чуть ближе к поверхности Земли, а другой чуть дальше, соответсвенно у одного потенциальная энергия ниже, а у другого выше, разумеется и моменты инерции в грузах коромысла оказываются в этом положении не равными друг другу. Поэтому тот грузик у которого потенциальная энергия выше начинает двигаться вниз, что приводит к тому, что всё коромысло перестаёт зависать относительно рамки, и вращательное движение коромысла возобновляется почти сразу же, как начинается это зависание, но в противоположном направлении, до тех пор пока избыточная потенциальная энергия внутри коромысла не перетечёт от одного грузчика к другому с потерями на силу трения. И так процесс постоянно повторяется до тех пор пока вся энергия, приложенная к рамке в момент раскручивания не перетечёт "в Землю", а потенциальная энергия не уравновесится во всех точках рамки, коромысла и станины. В невесомости (и даже при броске модели в воздух пока та не упадёт на поверхность) у нас энергия не уходит в гравитационный колодец Земли и колебательный процесс будет дольше сохранять своё стабильное положение и зависание.
Рискну даже сделать предположение, что внутри космической станции, движущейся по орбите вокруг Солнца, а не Земли из-за описанных выше причин зависание одной оси вращения относительно другой будет продолжаться дольше. В ближайшем будущем можно это предположение даже проверить будет, когда на орбите Луны появится космическая станция. На её борту гайка-барашек должна будет выходить из зависания и кувыркаться чуть чаще нежели точно такая же гайка на борту космической станции, расположенной на орбите Земли.
Про вопрос, так Вы движитесь со скоростью вращения Земли, а космонавты намного быстрее. Проекция на Землю немного меняется, смещается направление силы тяжести..
для любого гироскопического механизма нужны все степени свободы для правильной работы
Ответ на вопрос:Всё дело, как вы и сказали в ролике в инерциальной и неинерциальной системе или в дополнительной силе, силе притяжения
Я объясняю эффект через пересечение виртуальной сферы с виртуальным трёхосным эллипсоидом для трёх случаев, когда диаметр сферы совпадает с длиной той или иной оси. Для минимальной и максимальной осей это точки касания. Для средней оси это довольно сложная кривая, по которой и гуляет мгновенная ось вращения
Спасибо за ваши демонстрации. В формулах ничего не понимаю, а на пальцах очень познавательно. Но вот у меня вопрос: А земля же тоже вертится в условиях невесомости. Почему на неё не действуют такие же силы? Или действуют?
Конечно действуют! Про прецессию оси вращения Земли слыхали? Ну, что через 25000 лет она уже не будет проходить через Полярную звезду? Ну вот, это оно и есть! Прецессия!
Именно из-за большей силы притяжения
При перекладывании вращения в моменте нарастания угла отклонения скорость вращения по стороне большей массы снижается, так как энергия перетекает на ось с малой массой. Экватор отклонения пересекается малой массой по инерции, а далее следует перетекание энергии от малой массы в сторону большей массы. Именно поэтому в подобной модели вращения мы наблюдаем относительно долгое вращение по оси с большей массой, и очень быстрое перекладывание. При чём что интересно - экватор оси малой массы не совпадает с 90 градусами вращения оси бОльшей массы.
В идеальной модели в идеальных условиях полной невесомости и вакуума подобная система может вращаться только по стороне бОльших масс. Но идеальных условий не существует, даже в вакууме есть то, что нарушит равновесие по стороне малой массы и начнётся вращение с перекладыванием оси.
По конструкции - в моменте перекладывания происходит отклонение оси вращения бОльшей массы. Сделайте "третью свободу", и конструкция станет работоспособной.
Нужно даже еще 4-ю свободу вращения добавить, чтобы эффект повторялся в конструкции.
Есть опыт про взрыв азота в ведре с шариками. Мнение людей разделилось, часть уверяет, что подбрасывает ведро атмосфера, другая часть говорит, что подбрасывает ударная волна и реакция опоры. Разберите интересный случай)
Тело имеет Заряды инерции, нарастают они медленно , а разряжаются лавинообразно, выжигая большую часть зарядов , в такой момент оно и переворачивается. Аналогично ведут себя женщины в синтетической одежде. Хороший электрический конденсатор, тоже заряжается самостоятельно особенно в сухую погоду.
Это "объяснение на пальцах" годится в общем-то и для случая с минимальным моментом инерции. Там тоже ось вращения проходит через одну пару грузов, а два другие будут испытывать центробежный эффект. Поэтому возникает вопрос, будет ли эффект Джанибекова зависеть лишь только от моментов инерции? Может, есть ещё зависимость от соотношения размеров и распределения масс? (А при быстром вращении уже и сопротивление воздуха будет вносить заметный вклад).
Вот допустим лист фанеры размером 0,5×99×100 см. Там тоже будет наблюдаться эффект Джанибекова при вращении вокруг средней оси? А вращение вокруг "маленькой" оси будет устойчивым?
Может, момент силы тяжести при прохождении рамкой положения, когда она (рамка) параллельна земле, влияет на коромысло? Хм, но моменты силы тяжести должны компенсировать друг друга. Может, тогда момент реакции опоры со стороны оси коромысла на верхнее плечо коромысла влияет и выводит из неустойчивого равновесия? А в невесомости такой реакции опоры нет: все падают с одним ускорением.
Может один конец коромысла утяжелить, чтобы дольше зависало ?
Спасибо за эксперименты.
Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. Т. 1. Механика. М.: Наука, 1973 (параграф 37 - Асимметрический волчок
Мне кажется это влияние притяжения других крупных тел, как и вертикальное вращение, и сверка с наклонным вращением. И будет заметно влияние нашей земли, да и в космосе будет тоже заметно !
Но по факту - же надо в невесомости и в вакууме, но все равно будет биение при вращении, оно и будет разбивать систему на ассиметрию!
Инерция распределяет и увеличивает как бы массу по окружности, на самом деле энергию, у вас она собрана в двух точках. Постоянной свободной оси, там не может быть, только закреплённая, либо масса больше энергии под воздействием гравитации. Всё зависит от приложенной силы( оборотов).
Могу предположить, что на тела влияет сила тяжести. Поэтому и не происходит зависания.
в детстве обнаружил этот эффект подкидывая заготовку для рогатки, потом мне рассказали про эффект теннисной ракетки!
Эксперимент нужно проводить при отсутствии силы тяжести. Например, сбросить установку в очень тяжёлом аэродинамическом контейнере с Эйфелевой башни или найти хотя бы действующую мельницу.
Данный эффект можно наблюдать на детской карусели, где ось вращения наклонена относительно нормали к поверхности земли: то карусель замедляет вращение, то ускоряется, как будто движется в горку , а потом с горки. То есть имеется момент сопротивления вращения вызванный проекцией силы тяжести на плоскость перпендикулярной оси вращения на тангенциальное направление. В одном направлении оно будет тормозить вращение а в диаметрально противоположном направлении разгонять . Такой же эффект возникает в вертлюга парашютной системы из связки нескольких парашютов ...при раскрытии только одного из двух или трёх парашютов возникает несимметричное вращение вертлюга от действия только одного парашюта. В невесомости же сила тяжести уравновешена центробежной силой и она соответственно не вызывает сопротивления вращения (нет парозитной проекции которая возникает в каруселях на земле)
Представьте эти же карусели с осью наклонной от вертикали в невесомости: они должны свободно вращаться без появления всякого сопротивляющегося момента как на земле.
Да, забыл добавить ..здесь угол наклона оси коромысла каждый момент времени меняется та парозитная составляющая момента и от этого эффект неустойчивого вращения , а точнее отсутствия вообще почти какого вращения, усиливается.
Здравствуйте.
Считаю что вашему каналу нужно больше примеров, как Вы говорите "на пальцах". Для любителей не только чистой физики, а в призме практического применения, для любителей " физического эксперимента" )))
Заранее прошу прощение за сумбурность...
Например, Земля может сменить прецессию или так как она геоид и к тому же ещё движется вокруг Солнца, следовательно - устойчиво вращается.
Или почему не используется эффект гироскопа для управления МКС, или спутниками в невесомости по осям. Заранее оговорюсь, что понимаю, что это лишняя масса для вывода на орбиту итд.
Но ведь в будущем это теоретически возможно, тем более в плане создания гравитации на космических кораблях методом их вращения, (как волчка).
Хотелось бы услышать Ваше мнение об этом в роликах, в познавательной манере для школьников)))
Спасибо
(неправильно) Похоже, дело в том, что коромысло лишь часть вращающейся системы. Если сделать рамку намного легче коромысла, оно будет приближаться ближе к оси и дольше вращаться в таком положении
Хотя нет. Модель точная. Большие грузы и должны двигаться по максимальному радиусу
Возможно, это просто вопрос подбора соотношения масс и размеров. Подозреваю, что при почти равных массах меньшие грузы будут подходить ближе к оси, дольше оставаться в таком положении и резче переворачиваться.
Обычно советуют подбросить телефон или ракетку для пинг-понга так, чтобы она не перекувырнулась. Вряд ли у многих получится =).
Рамка очень лёгкая по сравнению с коромыслом, видно как рамка тормозится когда коромысло максимально отклоняется. Тогда как у "зрелищных" моделей это замедление не заметно.
Интересно: можно этим объяснить замёрзших мамонтов, "Всемирный потоп" И исходную точку шкалы нашего летоисчисления?
Проблема установки думаю в том что все таки грузы свободны не во всех плоскостях, если поместить установку с тремя степенями свободы так чтобы она могла развернуться на 180°, то тогда должно все получиться. А с текущей установкой можно проверить если ось поместить на тензорные датчики тем самым измерить силы воздействующие на ось вращения, при отклонении малых грузов от оси. На истину не претендую, если не так, поправьте.
3:35 Не понятно, почему ровно та же логика не работает, если рассмотреть вращение вдоль оси с большими грузами (минимальный момент инерции I). Вот вокруг вертикальной оси (максимальный I) - видна устойчивость. Но почему устойчива ось с минимальным I ?
О итоговом вопросе.
Вообще, мы всю дорогу пользуемся предположением о неподвижности оси, вокруг которой вращение было в самом начале, пользуясь законом сохранения момента импульса. НО направление вектора угловой скорости и вектора момента импульса это РАЗНЫЕ направления, когда угловая скорость не направлена вдоль одной из главных осей инерции (тензор инерции умножается на вектор угловой скорости). А ось симметрии (самой гайки или бруска с трубками или синей рейки) это вообще третье направление. И сохраняться должен именно момент импульса, а вот ось вращения, значит, может куда-то отклоняться. А в установке этого не дает подвес.
Еще, когда синяя рейка поворачивается , она же тоже создает момент инерции своим поворотом. Это соображение надо как-то прикрутить к предыдущему абзацу.
Хотя когда поворот рейки накладывается на "основное" вращение, это можно рассматривать не как еще одно вращение вокруг другой (вращающейся) оси, а как переход тела в конфигурацию между двумя устойчивыми "крайностями", и "основное" вращение в этот момент будет вокруг оси с макс. I (синяя рука повернута вертикально). Это по крайней мере заставлет "основное" вращение тормозиться, но вклад в момент импульса в направлении "от нас" всё же тоже добавляет. В установке это позволяют сделать сделать какие-то силы в опорах (гироскопические), в добавок к тем, которын фиксируют горизонтально ось "основного" вращения. А в свободном состоянии этих сил бы тоже не было, знасит истинное движение еще бы несколько отличалось.
PS Не хватило сопоставления между осями гайки Джанибекова, модели с 4 грузиками на двух трубках и итоговой установки. Пришлось порядком пофантазировать и открыть статью на хабре из цикла "магия тензорной алгебры", чтобы определить, какая ось у гайки с мин. I, какая со средним, какая с максимальным.
А в целом - очень интересно, гдубокие темы трогаем тут)
К сожалению все опыты без невесомости не смогут повторить этот эффект "временной устойчивости" при вращении, так как на объекты постоянно действует сила тяжести. Физика и химия только-только подошли к изучению эфирных полей и их вихревой структуры, потому ещё не открыты законы влияния этой тонкой материи на плотные объекты. Но на замедленной съёмке видно, что при вращении в невесомости объект накапливает избыток энергии в одной стороне вихревого поля вокруг объекта. Это заставляет энергию перераспределиться, что и сопровождается резким переворотом объекта в невесомости, так-как на него только действует накопленная им же сила, которая как бы перетекает с одной стороны поля в другую при накоплении избыточности энергии.🤔