Ефект Джанібекова також відомий як теорема про тенісну ракетку (оскільки він прекрасно ілюструється за допомогою тенісної ракетки) був відомий ще в 19 столітті, але назву отримав лише 1985 році, коли радянський космонавт Володимир Джанібеков, перебуваючи на станції “Салют 7”, зауважив на практиці один з наслідків даної теореми, проте, тоді СРСР засекретили цей ефект. Але що це за ефект і чому його засекретили? Давайте розберемося разом.
Ефект Джанібекова
Теорема про тенісну ракетку з’явилася у звичайній механіці, яка описує обертання твердого тіла за допомогою трьох моментів інерції щодо різних осей обертання. Теорема отримала саме таку назву, оскільки вона прекрасно демонструється, коли ми підкидаємо тенісну ракетку в повітря.
Будь-яке тверде тіло має три основних осі обертання. Дамо цим трьом осям номери, як на картинці нижче.
Об’єкт буде стабільно обертатися тільки тоді, коли обертання буде відбуватися щодо першої і третьої осей, а ось обертання щодо другої осі буде нестабільним і об’єкт буде постійно змінювати напрямок цієї осі. Цю другу вісь іноді називають проміжною.
Цей ефект або теорема застосовні до всіх випадків, коли моменти інерції щодо осей співвідносяться наступним чином: I1 << I2 << I3, тобто момент інерції щодо другої осі має проміжне значення між першим і третім, а також істотно від них відрізняється. Замість тенісної ракетки, ми можемо взяти прямокутну книгу або телефон і, обертаючи їх щодо різних осей, ми побачимо, що обертання щодо осей з найбільшим і найменшим моментами інерції є стабільним, тоді як для осі із середнім значенням моменту інерції – нестійким і швидко перетворюється на безлад.
Даний ефект ми не можемо пояснити інтуїтивно, без використання складної математики, незрозумілої більшості наших читачів.
Чому в СРСР засекретили ефект Джанібекова?
У 1985 році Володимир Джанібеков на станції “Салют 7” під час роботи відкрутив гайку-баранчик з однією з шпильок всередині корабля таким чином, що гайка вільно злетіла зі шпильки і продовжила рух по інерції при цьому обертаючись. Пролетівши близько 40 сантиметрів по прямій, вона зробила перекид на 180 градусів, і продовжила свій рух в тому ж напрямку, але вже «спиною вперед». Через деякий час вона знову зробила аналогічний перекид і повернулася у вихідне положення.
Володимиру стало цікаво, що буде, якщо гайку-баранчик, що має три осі з істотно різними моментами інерції, повністю обліпити пластиліном, зробивши з неї сферу. Розкрутивши гайку аналогічно, Джанібеков переконався, що поведінка гайки ніяк не змінилася і вона все так само перекидалася. Коли Джанібеков представив науковій спільноті відеозапис проведеного ним експерименту, деяким вченим прийшла в голову ідея, що Земля, подібно до гайки-баранчика, що обліплена пластиліном, може рано чи пізно перевернутися «догори ногами», що означало б кінець світу через величезне перевантаження в процесі перекиду. Оскільки однозначної наукової думки з цього питання не було, то було прийнято рішення засекретити відомості про ефект Джанібекова на 10 років, аргументуючи це небажанням сіяти паніку серед малоосвіченого населення.
Чи справді Земля може перевернутися?
Ефект Джанібекова діє при обертанні твердого тіла, але потрібно тільки тверде тіло всередині наповнити рідиною, як ситуація кардинально змінюється. Після розкрутки тіла, заповненого рідиною, в невагомості уздовж будь-якої однієї осі воно деякий час буде продовжувати обертатися навколо неї. Однак, після того як маса рідини розсіється по внутрішніх стінках тіла, воно почне обертатися навколо осі з найбільшим моментом інерції незалежно від того, навколо якої осі його розкрутили спочатку. Тобто, тіло почне обертатися уздовж тієї осі, щодо якої кінетична енергія обертання буде мінімальна, а момент інерції – максимальний.
Оскільки Земля всередині рідка і вже давно розподілила рідину в своїх надрах, то її момент інерції при обертанні вже є максимальним і вона ніколи не зможе перевернутися.
-
-
-
-
