Переворота не будет (эффект Джанибекова)
Думал я думал и всё таки пришёл к единому с собой выводу - все страшилки по поводу резкого переворота нашей планеты (и прохода гигантского цунами по всей её поверхности) не имеют оснований.
Дело в том, что эффект Джанибекова (см. Вики если что) мы наблюдаем с заведомо несбалансированными объектами сложной формы..
..чего явно не происходит с Землёй.
Обосную.
Земля имеет определённый возраст и за время своей жизни постоянно увеличивается (см. дрейф материков если что) в размерах.
Происходит это по не сильно понятным пока причинам (мне по крайней мере), хотя я уверен, что это на прямую связано и с "производством" воды в частности, есть несколько теорий, если захотеть, то можно погрузиться в эту тему, я про другое..
Короче говоря всё это время от самого рождения Земля как отдельный вывешенный в невесомости и практически в вакууме предмет постоянно самобалансируется и находит ввиду всей совокупности факторов оптимальный вариант вращения. В эту теорию легко вписывается вариант с дрейфом полюсов, но правда он не может быть линейным ввиду нелинейности той же совокупности факторов:
Увеличение диаметра, которое вероятно не может быть равномерным.
Постоянно прибывающая вода, которая вероятно затапливает некоторые появляющиеся
впадины (тема потопа и т д)
Периоды похолоданий и оттепелей с периодическим обмерзанием полюсов, обмелением океанов, но с последующей оттепелью, что приводит к очередному повышению уровня океанов.
На этом фоне вероятен "эффект фигуриста"
То есть повышение и понижение уровня океана увеличивает или уменьшает диаметр планеты, что приводит к появлению или отсутствию центростремительного ускорения - это мизер, но это может влиять на скорость вращения Луны, что в свою очередь тянет за собой нетипичное вспучивание земной коры, разновсякие приливы/отливы и прочие ПМС.
Одним словом наша планета абсолютно устойчива ввиду того, что сегодняшний день её жизни напрямую связан со всеми теми миллиардами лет, что она болтается в холодном космосе, время её отбалансировало как нельзя лучше.
Другое дело, что ситуация на планете меняется изо дня в день, из года в год что мы собственно и наблюдаем, делая неправильные выводы о нашем на это влиянии. Это бесконечный самопроизвольный процесс, нам просто повезло, что вспышка нашей слегка дебильной) цивилизации попала на бол/менее сносные условия для жизни.
Живём спокойно - мы сами себя убьём гораздо раньше любого природного катаклизма)..
Поменяются ли земные полюса местами (нет)
Улица Шкловского. Выпуск "фрикология №2". Эффект Джанибекова, рассуждения на эту тему применительно к нашей планете и немного шуток - это очередной ролик от моего коллеги, астронома, научного сотрудника Астрокосмического центра ФИАН.
В данном видео он развенчает мифы касательно смены георграфических полюсов Нашей планеты и немного рассмотрит историю вопроса, откуда вообще пошли спекуляции на эту тему в СМИ и так далее.
Описание к Видео с youtube и ссылки:
А помните, как раньше нас пугали, что планета поменяет ось и всем наступит кирдык? Сегодня разберёмся откуда у этого бреда растут ноги, при чём здесь космонавт Владимир Джанибеков и станция Салют7.
Ссылки:
1) "Earth's Shifting Crust" by Hapgood, Charles H., 1958, https://archive.org/details/eathsshiftingcru033562mbp
2) True polar wander: An analysis of Cenozoic and Mesozoic paleomagnetic poles" Journal of Geophysical Research 1985, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JB09...
3) "Stability of the Earth with respect to the spin axis for the last 130 million years" Earth and Planetary Science Letters 2001, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X0... (ссылка на платный журнал, требуется подписка)
4) "Combined paleomagnetic, isotopic, and stratigraphic evidence for true polar wander from the Neoproterozoic Akademikerbreen Group, Svalbard, Norway" Geological Society of America Bulletin 2006, https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/gsabulletin/article-abs...
5) "Intermediate Axis Theorem - Explained" https://www.youtube.com/watch?v=-Si6iRL5Fj8
P.S.: Из прошлых роликов стало понятно, что ряду людей остаётся неясным, умрём Мы все или нет. Поясняю - рано или поздно все обязательно умрём. Но не все разом от смены полюсов.
Эффект Джанибекова в игре Kerbal Space Program
Обещал - сделал.
Сам эксперимент короткий, пару минут. Остальное время - не очень удачная попытка посадки.
Собственно в чём заключается эффект: вращение объекта относительно главных осей с наибольшим и наименьшим моментами инерции является устойчивым, в то время как вращение вокруг главной оси с промежуточным моментом инерции (откуда и название теорема промежуточной оси) — нет.
Джанибеков увидел это с гайкой-барашком: скрутив её в невесомости с длинной шпильки, он заметил, что она пролетает немного, разворачивается на 180°, потом, ещё немного пролетев, опять разворачивается.
Эффект Джанибекова или теорема теннисной ракетки (теорема промежуточной оси)
Многие уже, наверняка, догадались, что эффект носит имя советского космонавта Владимира Джанибекова, который заметил это явление во время космического полета в 1985 году. В невесомости некоторые вращающиеся предметы через 2-3 оборота меняют ось вращения и переворачиваются на 180 градусов. При этом центр масс тела продолжает равномерное и прямолинейное движение.
Но, как вы могли заметить в видео, "кувырок" делает далеко не каждая вращающаяся гайка. Если предмет имеет форму параллелепипеда и вращение происходит вокруг его самой большой и самой маленькой оси, то эффекта Джанибекова мы не увидим. Но если мы будем вращать этот предмет вокруг средней оси, то мы сразу же заметим "кувырки". Вот такие фокусы можно вытворять в невесомости!
©Сергей Рязанский
Закон Стиглера и эффект Джанибекова
Сегодня у нас в студии вторая часть, про эффект Джанибекова.
"Никакое научное открытие не было названо в честь первооткрывателя", написал Стивен Стиглер в своей книге. Сегодня этот факт известен как "закон Стиглера". Стиглер знал, про что писал, т.к. по его словам первооткрывателем закона Стиглера был Роберт Мертон.
Сам эффект Джанибекова вы можете наблюдать на видео ниже.
Эффект Джанибекова - это прекрасная иллюстрация т.н. "волчка Эйлера". Однажды Эйлеру стало очень интересно, как вращаются различные предметы, если их крутануть. Казалось бы, ну что тут сложного, как ты его закрутил, так он и будет вращаться? Да хрен там.
Пораскинув мозгами и накатив накатав немного диффуров, кто-то умный (возможно сам Эйлер, не знаю) сумел полностью описать вращение любого твердого тела. В частности, оказалось, что вращение вокруг большой и малой осей инерции устойчиво, а вокруг средней оси инерции - неустойчиво.
Без паники! Этот эффект можно прекрасно увидеть дома. С книжкой или айпадом. Но сначала - важное предупреждение для некоторых любителей применять физические законы куда попало! Теорему о неустойчивом вращении можно применять только к твердым телам. Вот краткая памятка:
Возьмем айпад (не реклама) и закрутим его как на картинке, строго вокруг средней оси инерции, т.е. "ширины". Что будет?
А вот и нет. Если закрутить его идеально вокруг средней оси, ничего не будет. Т.е. ничего интересного не будет - он будет просто вращаться вокруг средней оси.
Но конечно же закрутить идеально вокруг средней оси инерции не получится- реальная ось вращения всегда будет чуть под углом. И вот тут начинается самое интересное. Но давайте сначала посмотрим на большую ось. Допустим, вы закрутили айпад вокруг большой оси инерции, но не совсем (желтым):
В первый момент времени айпад будет вращаться вокруг желтой оси - так, как мы его закрутили. Но! Потом ось вращения изменится. Если проследить траекторию оси вращения, то окажется, что она описывает окружность (точнее, эллипс):
Иными словами, вначале айпад крутился вокруг, скажем, дальней фиолетовой иконки. Но в какой то момент он будет крутиться вокруг дальней красной иконки. Потом опять фиолетовой, итд. Желтая ось вращения всегда будет двигаться, но всегда будет оставаться близко к красной оси - это и называется устойчивостью. Визуально будет казаться, что айпад просто крутится вокруг красной оси.
Тот же эффект происходит, если закрутить вокруг малой оси:
Реальная ось вращения будет "гулять" по айпаду, но всегда оставаться близко к малой оси. Но в этом случае гораздо проще увидеть это "гуляние" - если закрутить не очень аккуратно, то видно, как айпад будто бы колеблется из стороны в сторону.
Все меняется, если вертеть вокруг средней оси инерции. Вот примерно такими американскими горками выглядят похождения оси вращения в этом случае (рисую как умею):
Или, чтобы было понятнее, как это выглядит в 3D, мысленно впишите айпад в сферу (хз, помогло ли):
Причем перемещение оси по желтой траектории неравномерно. Сначала ось долго тупит в районе начального положения, близко к красной оси. В этот момент нам кажется, что гайка/айфон просто крутится вокруг своей красной оси, и ничего не предвещает... Но потом ось довольно быстро перебегает в противоположную сторону. В момент перебегания вращение просходит вокруг упоротых осей (далеко от основных осей предмета) и потому выглядит хаотично (тот самый кульбит гайки/подброшенной книжки). Но к концу перебегания ось опять оказывается близко к красной оси - правда, с противоположной стороны предмета - что для нас выглядит, как смена направления вращения гайки.
(Еще одна попытка изобразить, как это выглядит. Поиграться можно тут - http://www.ialms.net/sim/3d-rigid-body-simulation/ , поставьте view - Poinsot construction (ellipsoid))
Все эти спецэффекты можно наблюдать, подбросив любой "кирпичеобразный" предмет с неодинаковой длиной-шириной-высотой, или вообще любой предмет с неодинаковыми моментами инерции, коим и является гайка в видео.
Ну и замечание напоследок: чтобы окончательно всех запутать (не я такая - жизнь такая), подчеркну, что желтые траектории - это траектории относительно самого предмета (т.е. где бы испачкался предмет, если бы ось вращения пачкалась). Это НЕ траектории оси в пространстве (т.е. где бы испачкался воздух, если бы ось пачкалась). Там все совсем печально. Можно для примера позалипать в это видео:
Ось вращения на этом видео подписана буквой w. Гуляя по предмету, она рисует на нем замкнутую кривую, как на картинке сверху. Но т.к. и сам предмет тоже движется, реальная траектория оси в пространстве оказывается довольно сложной.
Говорят, Эйлер был позитивным и добродушным мужиком, и думаю, что он бы только обрадовался, если бы узнал, что его теорема получила такое наглядное подтверждение, да еще и названное в честь российского космонавта Джанибекова. Но не будем забывать и того, кто все это начал!