Эффект Джанибекова

[Dims]

Якобы космонавт Джанибеков заметил, что вертящаяся в невесомости гайка периодически переворачивается кверху тормашками.

Я всё-таки думаю, что это прикол, потому что объяснения с "неустойчивым" вращением я не понимаю. Можно объяснить поподробнее?

[Someone]

Это обсуждалось два раза: http://dxdy.ru/viewtopic.php?p=21340 и http://dxdy.ru/viewtopic.php?p=81419. Попробуйте посмотреть, например, книжку

В.И.Арнольд. Математические методы классической механики. Москва, "Наука", 1989.

Движение твёрдого тела с неподвижной точкой рассматривается в § 29.

[Шимпанзе]

Действительно, эффект мягко говоря странноватый. Известно, что на орбитальных станциях широко используются гироскопы, в том числе в исследовательских целях. До сих пор подобных явлений вроде бы не наблюдалось. Наоборот, именно с помощью четырех гироскопов, выведенных на орбиту, американцам недавно удалось ещё раз подтвердить ОТО.
Если отбросить мистику и эфиристику, то фокус заключается , видимо, в том , что помимо первоначального момента ( пара сил), приложенных к гайке, неосторожно (?) прикладывался небольшой момент перпендикулярно главной оси вращения. В этом случае должна появиться прецессия, перпендикулярно приложенной силе или параллельно вектору этого дополнительного момента, периодически переворачивающая гайку. Имхо, конечно.
Напомню, что период прецессии Земли от совместного действия Солнца и Луны составляет около 26 тыс. лет и описывает окружность 23,5° !

[Someone]

Шимпанзе, не сочиняйте. Вы можете себе представить, как можно "неосторожно" прикладывать момент сил к гайке, вращающейся в состоянии невесомости? Вращение гироскопов и Земли порисходит вокруг наибольшей оси эллипсоида инерции, а такое вращение устойчиво (как и вращение вокруг наименьшей оси). Джанибеков крутил гайку вокруг средней оси. Всё это объясняется в курсе механики (во всяком случае, когда я был студентом, нам это на лекции рассказывали; Джанибеков в то время космонавтом ещё не был и гайкой своей не прославился).

[Шимпанзе]

Someone
Опять Вас заносит… Не знаю, что там у Вас на «механике» , но вот у нас на физфаке и на другом вузе такие глупости не рассказывали. Поймите простую вещь, гайка в невесомости, точки опоры нет, ось ничем не удерживается и ни во что не упирается, а для поворота нужен момент, то есть две силы - одна за счет реакции опоры. К сожалению, на «мехмате» такую механику ( в невесомости) не проходили.

[Zai]

Dims писал(а):

...вертящаяся в невесомости гайка периодически переворачивается кверху тормашками.

Вы не описали условия, как она стала вращаться. Если она была навинчена на резьбу винта и трение гайка-винт малое, то действительно после придания некоторой угловой скорости вращения гайки, гайка сама соскользнет с винта (это происходит и при действии силы тяжести). Этот эффект можно проверить и в присутствии гравитации при вертикальном расположении винта вниз на раскручивание гайки, хотя глаз вряд ли это заметит и нужно снимать на видеокамеру.

По всей видимости скручивание гайки на последних витках придает некоторую угловую скорость вокруг одной из перпендикулярных осей к оси винта (Если направление этой оси повторно проявляется при многократных повторениях эксперимента).

Вторым объяснением может быть эсцентриситет между цетром масс гайки и осью резьбы гайки. Их даже для космоса не центрируют. После схождения с оси вращения вполне возможно также вращение описанное выше.

[Someone]

Шимпанзе писал(а):

Опять Вас заносит… Не знаю, что там у Вас на «механике» , но вот у нас на физфаке и на другом вузе такие глупости не рассказывали.

О, боже! Да возьмите Вы нормальный курс механики и посмотрите.

[Шимпанзе]

Zai писал(а):

Dims писал(а):

...вертящаяся в невесомости гайка периодически переворачивается кверху тормашками.

По всей видимости скручивание гайки на последних витках придает некоторую угловую скорость вокруг одной из перпендикулярных осей к оси винта (Если направление этой оси повторно проявляется при многократных повторениях эксперимента).

В этом что -то есть. Именно та, недостающая дополнительная пара сил о которой я писал.

[Someone]

Не пойму я, что Вы обсуждаете. Какая резьба? Джанибеков просто раскручивал гайку в невесомости. Космонавты иногда демонстрируют перед телекамерой, как тела парят в воздухе в состоянии невесомости, вот Джанибеков это с помощью вращающейся гайки демонстрировал.

Хоть здесь посмотрите, правда, очень кратко, пара слов всего: http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1186208&uri=page10.html (Механика твердого тела. Лекции. В.А.Алешкевич, Л.Г.Деденко, В.А.Караваев (Физический факультет МГУ)). Математикам это, видимо, гораздо подробнее объясняли. И не просто со ссылкой на опыт, а теоретически.

Цитата:

Иное дело, будет ли это вращение устойчивым по отношению к малым возмущениям, всегда имеющим место в реальных условиях. Опыты показывают, что вращение вокруг главных центральных осей с наибольшим и наименьшим моментами инерции является устойчивым, а вращение вокруг оси с промежуточным значением момента инерции - неустойчивым. В этом можно убедиться, подбрасывая вверх тело в виде параллелепипеда, раскрученное вокруг одной из трех взаимно перпендикулярных главных центральных осей (рис. 3.7). Ось AA' соответствует наибольшему, ось BB' - среднему, а ось CC' - наименьшему моменту инерции параллелепипеда. Если подбросить такое тело, сообщив ему быстрое вращение вокруг оси AA' или вокруг оси CC', можно убедиться в том, что это вращение является вполне устойчивым. Попытки заставить тело вращаться вокруг оси BB' к успеху не приводят - тело движется сложным образом, кувыркаясь в полете.

[Zai]

У гайки наибольший момент инерции вокруг оси гайки. Два других момента инерции меньше и они равны.

[Someone]

Zai писал(а):

У гайки наибольший момент инерции вокруг оси гайки. Два других момента инерции меньше и они равны.

Относительно какой оси момент инерции будет наибольший, зависит от размеров гайки. А что касается равенства двух моментов, то Вы правы: у эллипсоида не бывает осей симметрии шестого порядка. Как-то у меня эти вопросы не связались.

К нам на форум эта история с гайкой попала в чрезвычайно урезанном описании и постепенно обросла домыслами, в которых, может быть, виноват и я, а слово "гайка" у всех ассоциируется с "шестиугольной штуковиной с дыркой посередине", хотя изредка попадаются и квадратные, и круглые, я что-то слышал о восьмиугольных, и, может быть, в каких-нибудь специальных целях применяются прямоугольные (правда, я ничего о таких не слышал). Однако у Джанибекова, как оказалось, была не шестиугольная гайка, а вовсе "барашек":

Цитата:

эффект Джанибекова был описан в 1985 году
Космонавт Джанибеков обнаружил феномен: вращающаяся в невесомости гайка вполне себе так равномерно вращается некоторое время, а потом энергично переворачивается и вращается дальше, потом опять переворачивается и т.д. Когда это заметили, сразу народ напридумывал всяких новых теорий, торсионных полей, появились всякие газетные статьи про то, что скоро наша Земля также перевернется и т.п. А дело-то было просто в том, что, как известно, вращение тела относительно главной оси со средним моментом инерции (т.е. не наименьшим и не наибольшим) неустойчиво. Отсюда мораль: прежде чем придумывать новые теории на каждую гайку, неплохо бы получше выучить старые.

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", Владимир Александрович обратил внимание, как гайка, пролетев 40 сантиметров, неожиданно перевернулась вокруг своей оси и полетела дальше. Пролетев еще 40 сантиметров, опять перевернулась. Джанибеков закрутил "барашек" обратно и повторил эксперимент. Результат тот же. Тогда космонавт попробовал повторить с другим "барашком". Ее полет до "точки переворота" составил 43 сантиметра. Джанибеков решил попробовать с каким-нибудь другим объектом. Запущенный пластилиновый шарик точно так же, пролетев некоторое расстояние, перевернулся вокруг своей оси и полетел дальше.

Момент инерции относительно оси симметрии "барашка" вполне может быть средним по величине. Что касается пластилинового "шарика", то это, разумеется, тело, более или менее похожее на шар, с тремя разными главными моментами инерции, так что к нему сказанное об устойчивости вращения тоже относится.

[Zai]

Someone писал(а):

Какая резьба?

Без направляющей очень сложно что-то закрутить. В волчке для этого служит верхняя часть ножки.
http://forum.bratsk.org/archive/index.php/t-10751.html

lkgios писал(а):

09.06.2007, 21:54
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.

Барашек действительно создает три неравных момента инерции. Ось, перпендикулярная к плоскости барашка может иметь больший момент инерции, чем ось резьбы барашка и Ваши выводы вполне обоснованы. Если бы было начальное возмущение от скручивания или эксцентриситета, то вращение было бы постоянным.

[Dims]

Someone писал(а):

Движение твёрдого тела с неподвижной точкой рассматривается в § 29.

Да, я видел обсуждение, но не понял выводов. Книжки, к сожалению, такой не нашёл.

Вот, допустим, при взгляде сверху, гайка вертится по часовой стрелке. После переворота, она продолжит вращаться тоже по часовой стрелке или нет?

Добавлено спустя 2 минуты 22 секунды:

Someone писал(а):

Джанибеков крутил гайку вокруг средней оси.

Это какая?

Как вычисляется момент импульса гайки до и после переворота? Вектор угловой скорости переворачивается?

Добавлено спустя 4 минуты 8 секунд:

Re: Эффект Джанибекова

Zai писал(а):

Вы не описали условия, как она стала вращаться.

Потому что я сам не знаю этих условий.

Я себе представляю так, что гайка была свинчена с болта и попала в невесомость, продолжая вращение вокруг бывшей оси болта. Далее она летит, продолжая вращаться.

Говорят, что каждые 40 сантиметров пути она переворачивается.

Я так понимаю, что она должна продолжать вращаться в том же напралении, чтобы момент импульса сохранялся. Или нет? Вектор угловой скорости у нас как, привязан к телу или нет?

В общем, я могу себе представить только, что гайка проста напросто неточно вращалась вокруг своей оси, постепенно наклоняясь и переворачиваясь. Видимо, визуально это казалось неожиданным поворотом.

Добавлено спустя 54 секунды:

Someone писал(а):

О, боже! Да возьмите Вы нормальный курс механики и посмотрите.

Ну у Вас есть этот нормальный курс? Вы можете нам оттуда взять не просто фразу, что "так оно и должно быть", но и объяснить, почему?

Добавлено спустя 3 минуты:

Someone писал(а):

И не просто со ссылкой на опыт, а теоретически.

Мне кажется, тут не про то. Тут возмущения какие-то. А откуда в невесомости возмущения?

Давайте так. Чему равен вектор угловой скорости до поворота и чему равен момент импульса? Допустим, что вектор угловой скорости направлен вертикально вверх.

Теперь я не вижу никакой возможности гайке перевернуться. Вертикальный вектор угловой скорости требует бесконечного вращения вокруг оси.

[Zai]

Dims писал(а):

Ну у Вас есть этот нормальный курс?

Мне кажется, что Вы должны как-то по другому обращаться к нашему сообществу.

Цитата:

Запущенный пластилиновый шарик точно так же, пролетев некоторое расстояние, перевернулся вокруг своей оси и полетел дальше.

Ввилу сложности запуска пластилинового шарика, автор по всей видимости облепил барашка пластилином, не изменив соотношения инерции и получил аналогичный результат.

[Шимпанзе]

Джанибеков не просто космонавт , он инженер , учился на физика и астронома, и его не могли заинтересовать детские забавы «кувырканья» гайки из детской книжки , которую нам здесь предложили для чтения.
Но некоторые детали эксперимента вызывают сомнения:

Цитата:

Запущенный пластилиновый шарик точно так же, пролетев некоторое расстояние, перевернулся вокруг своей оси и полетел дальше.

Шо за ....

Добавлено спустя 1 час 2 минуты 19 секунд:

Цитата:

Ввилу сложности запуска пластилинового шарика, автор по всей видимости облепил барашка пластилином, не изменив соотношения инерции и получил аналогичный результат.

Из пластилина... В космосе ... Интересно. А хлебный мякиш на что?
Теперь, что угодно можно на фантазировать.