Эффект Джанибекова также известный как теорема о теннисной ракетке (поскольку он прекрасно иллюстрируется с помощью теннисной ракетки) был известен ещё в 19 веке, но название получил лишь 1985 году, когда советский космонавт Владимир Джанибеков, находясь на станции "Салют 7", заметил на практике одно из следствий данной теоремы, однако, тогда СССР засекретили этот эффект. Но что это за эффект и почему его засекретили? Давайте разберёмся вместе.
Эффект Джанибекова
Теорема о теннисной ракетке появляется в обычной механике, описывающей вращение твёрдого тела с помощью трёх моментов инерции относительно разных осей вращения. Теорема получила именно такое название, поскольку она прекрасно демонстрируется, когда мы подкидываем теннисную ракетку в воздух.
Любое твёрдое тело имеет три основных оси вращения. Дадим этим трём осям номера, как на картинке ниже.
Объект будет стабильно вращаться только тогда, когда вращение будет происходить относительно первой и третьей осей, а вот вращение относительно второй оси будет нестабильным и объект будет постоянно менять направление этой оси, что можно увидеть на видео в конце статьи. Эту вторую ось иногда называют промежуточной.
Этот эффект или теорема применимы ко всем случаям, когда моменты инерции относительно осей соотносятся следующим образом: I1 << I2 << I3, то есть момент инерции относительно второй оси имеет промежуточное значение между первым и третьим, а также существенно от них отличается. Вместо теннисной ракетки, мы можем взять прямоугольную книгу или телефон и, вращая их относительно разных осей, мы увидим, что вращение относительно осей с наибольшим и наименьшим моментами инерции является стабильным, тогда как для оси со средним значением момента инерции — неустойчивым и быстро превращающимся в беспорядок.
Данный эффект мы не можем объяснить интуитивно, без использования сложной математики, непонятной большинству наших читателей, поэтому все, кто хочет узнать про его причины подробнее — милости прошу в комментарии, там я постараюсь ответить на ваши вопросы подробнее.
Почему в СССР засекретили эффект Джанибекова?
В 1985 году Владимир Джанибеков на станции "Салют 7" во время работы открутил гайку-барашек с одной из шпилек внутри корабля таким образом, что гайка свободно слетела со шпильки и продолжила движение по инерции при этом вращаясь. Пролетев около 40 сантиметров по прямой, она сделала кувырок на 180 градусов, и продолжила своё движение в том же направлении, но уже «спиной вперёд». Через некоторое время она снова сделала аналогичный кувырок и вернулась в исходное положение.
Владимиру стало интересно, что будет, если гайку-барашек, имеющую три оси с существенно разными моментами инерции, полностью облепить пластилином, сделав из неё сферу. Раскрутив гайку аналогично, Джанибеков убедился, что поведение гайки никак не изменилась и она всё так же кувыркалась. Когда Джанибеков представил научному сообществу видеозапись проведённого им эксперимента, некоторым учёным пришла в голову идея, что Земля, подобно гайке-барашку, что облеплена пластилином, может рано или поздно перевернуться «вверх ногами», что означало бы конец света из-за огромных перегрузок в процессе кувырка. Поскольку однозначного научного мнения по этому вопросу не было, то было принято решение засекретить сведения об эффекте Джанибекова на 10 лет, аргументируя это нежеланием сеять панику среди малообразованного населения.
Действительно ли Земля может перевернуться?
Эффект Джанибекова действует при вращении твёрдого тела, но стоит только твёрдое тело внутри наполнить жидкостью, как ситуация кардинально меняется. После раскрутки тела, заполненного жидкостью, в невесомости вдоль любой одной оси оно некоторое время будет продолжать вращаться вокруг неё. Однако, после того как масса жидкости рассеется по внутренним стенкам тела, оно начнёт вращаться вокруг оси с наибольшим моментом инерции независимо от того, вокруг какой оси его раскрутили изначально. То есть, тело начнёт вращаться вдоль той оси, относительно которой кинетическая энергия вращения будет минимальна, а момент инерции — максимальный.
Так как Земля внутри жидкая и уже давно распределила жидкость в своих недрах, то её момент инерции при вращении уже является максимальным и она никогда не сможет перевернуться.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.