Эффект джанибекова что это

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Эффект Джанибекова – интересное открытие нашего времени. Дважды герой Советского Союза, генерал-майор авиации Владимир Александрович Джанибеков заслуженно считается самым опытным космонавтом СССР. Он совершил наибольшее количество полетов – пять, причем все в качестве командира корабля. Владимиру Александровичу принадлежит открытие одного любопытного эффекта, названного его именем – т.н. эффекта Джанибекова, который был обнаружен им в 1985 году, во время своего пятого полета на корабле «Союз Т-13» и орбитальной станции «Салют-7» (6 июня – 26 сентября 1985 года).

Эффект Джанибекова состоит в странном поведении летящего вращающегося тела в невесомости. После его открытия, как обычно, появились десятки различных объяснений эффекта Джанибекова.

Давайте узнаем правильное объяснение этого эффекта :

Для начала узнаем, как это обнаружилось.

Когда космонавты распаковывали доставленный на орбиту груз, то им приходилось откручивать так называемые «барашки» – гайки с ушками. Стоит ударить по ушку «барашка», и он сам раскручивается. Затем, раскрутившись до конца и соскочив с резьбового стержня, гайка продолжает, вращаясь, лететь по инерции в невесомости (примерно как летящий вращающийся пропеллер). Так вот, Владимир Александрович заметил, что пролетев примерно 40 сантиметров ушками вперед, гайка вдруг совершает внезапный переворот на 180 градусов и продолжает лететь в том же направлении, но уже ушками назад и вращаясь в другую сторону. Затем, опять пролетев сантиметров 40, гайка снова делает кувырок на 180 градусов и продолжает лететь снова ушками вперед, как в первый раз и так далее. Джанибеков неоднократно повторял эксперимент, и результат неизменно повторялся. В общем, вращающаяся гайка, летящая в невесомости, совершает резкие 180-градусные периодические перевороты каждые 43 сантиметра. Также он пробовал вместо гайки использовать другие предметы, например, пластилиновый шарик с прилепленной к нему обычной гайкой, который точно так же, пролетев некоторое расстояние, совершал такие же внезапные перевороты.

Эффект, действительно, любопытен. После его открытия, как обычно, появились десятки различных объяснений эффекта Джанибекова. Не обошлось и без устрашающих апокалиптических прогнозов. Многие стали говорить о том, что наша планета – это по сути такой же вращающийся пластилиновый шарик или «барашек», летящий в невесомости. И что Земля периодически совершает подобные кульбиты. Кто-то даже назвал период времени: переворот земной оси происходит раз в 12 тысяч лет. И что, мол, последний раз планета совершила кувырок в эпоху мамонтов и скоро намечается очередной такой переворот – может завтра, а может через несколько лет – в результате которого на Земле произойдет смена полюсов и начнутся катаклизмы.

Правильное объяснение эффекта Джанибекова состоит в следующем. Дело в том, что скорость вращения «барашка» сравнительно невелика, поэтому он находится в неустойчивом состоянии (в отличие от гироскопа, который вращается быстрее и поэтому имеет стабильную ориентацию в пространстве и кувырки ему не грозят). Гайка, помимо основной оси вращения, также вращается и вокруг двух других пространственных осей со скоростями на порядок ниже (второстепенные движения). В результате влияния этих второстепенных движений, со временем постепенно происходит изменение наклона основной оси вращения (усиливается прецессия), и когда он (т.е. угол наклона) достигает критического значения, система делает кувырок (подобно маятнику, изменившему направление колебания).

Грозят ли Земле подобные апокалиптические кульбиты? Скорее всего, нет. Во-первых, центр тяжести «барашка», как и пластилинового шарика с гайкой, значительно смещен по оси вращения, чего нельзя сказать о нашей планете, которая хоть и не является идеальным шаром, но более-менее уравновешена. И, во-вторых, значение величин моментов инерции Земли и величины прецессии Земли (колебания оси вращения) позволяют ей быть устойчивой как гироскоп, а не кувыркающейся как гайка Джанибекова.

(Прецессия земной оси равна примерно 50 секундам (1 угловая секунда = 1/3600 градуса) – этого крайне недостаточно, чтобы кувыркаться в пространстве).

Давайте вспомним еще какие нибудь интересные и сперва непонятные эффекты, вот например Эффект Кулиджа, а вот Эффект Мпембы и Эффект Рингельмана. Не забудем еще про Эффект Линденфроста и например про Эффект Иисуса Навина вместе с Эффектом прыгающей капли

Источник

Магия тензорной алгебры: Часть 17 — Зарисовка о гайке Джанибекова

Данная статья посвящается светлой памяти моего учителя, доктора технических наук, профессора Кабелькова Александра Николаевича, основателя и первого декана Физико-математического факультета ЮРГТУ (НПИ)

Введение

Данное видео иллюстрирует повторный эксперимент — вместо «барашка» используется какая-то самодельная ерунда

Это случилось в 1985 году, на орбитальной станции «Салют-7», во время посещения её экипажем корабля «Союз Т-13» в составе космонавтов Джанибекова В. А. и Савиных В. П. Не буду описывать своими словами, процитировав один из многочисленных сетевых источников

Когда космонавты распаковывали доставленный на орбиту груз, то им приходилось откручивать так называемые «барашки» – гайки с ушками. Стоит ударить по ушку «барашка», и он сам раскручивается. Затем, раскрутившись до конца и соскочив с резьбового стержня, гайка продолжает, вращаясь, лететь по инерции в невесомости (примерно как летящий вращающийся пропеллер). Так вот, Владимир Александрович заметил, что пролетев примерно 40 сантиметров ушками вперед, гайка вдруг совершает внезапный переворот на 180 градусов и продолжает лететь в том же направлении, но уже ушками назад и вращаясь в другую сторону. Затем, опять пролетев сантиметров 40, гайка снова делает кувырок на 180 градусов и продолжает лететь снова ушками вперед, как в первый раз и так далее. Джанибеков неоднократно повторял эксперимент, и результат неизменно повторялся. В общем, вращающаяся гайка, летящая в невесомости, совершает резкие 180-градусные периодические перевороты каждые 43 сантиметра. Также он пробовал вместо гайки использовать другие предметы, например, пластилиновый шарик с прилепленной к нему обычной гайкой, который точно так же, пролетев некоторое расстояние, совершал такие же внезапные перевороты.

1. Гайка «барашек» — массово-инерционные характеристики

На рисунке изображен объект нашего исследования. Наверняка каждый из читателей видел такую гайку хотя бы один раз в жизни. За сходство с оригиналом не ручаюсь, художник из меня тот ещё, но тем не менее.

Во-первых, движение гайки (пока что, хотя моделирование в планах есть) мы будем изучать качественно. Поэтому нас не будут интересовать конкретные размеры этого изделия. Нам важна форма этой гайки, из которой мы, практически ничего не вычисляя можем сделать некоторые выводы.

Гайка совершает свободное движение, поэтому в качестве полюса удобно выбрать её центр масс. Кроме того, пусть собственная система координат (связанная с телом) будет декартовой, а её оси пусть совпадают с главными осями инерции. Такие оси всегда можно найти, и они будут ортогональны, что мы строго доказывали в предыдущей статье. Так что мы можем считать, что центральный тензор инерции гайки будет представлен диагональной матрицей

Очевидно, что наибольшим главным осевым моментом инерции будет — гайка имеет наиболее протяженную форму именно в плоскости, перпендикулярной оси . Насчет моментов инерции и можно поспорить — всё зависит от соотношения толщины центральной части к её диаметру и удаленности центра масс от резьбового отверстия, но допустим, что форма гайки такова, что I_z»/>. Тогда введем безразмерные моменты инерции

и, так как I_x > I_z»/>

В этом случае центральный тензор инерции принимает вид

2. Дифференциальные уравнения установившегося движения гайки

Так как после схода с резьбы гайка движется как свободное тело, форма записи уравнений движения очевидна

Поскольку гайка движется в неинерциальной системе отсчета, свободно падающей на Землю (кабина космического корабля, невесомость), приняв допущение о незначительности сопротивления воздуха и пренебрегая прочими возмущениями, правые части системы (5) будем считать нулевыми

С учетом начальных условий уравнение движения полюса легко интегрируется, и мы получаем равномерное и прямолинейное движение центра масс. Вся соль во втором уравнении, которое тоже легко интегрируется, ведь его левая часть — абсолютная производная от момента количества движения гайки относительно центра масс

где — локальная производная МКД, взятая в связанной системе координат, а сама формула носит название формулы Бура.

Таким образом и второе уравнение дает интеграл

который говорит о неизменности МКД. Учитывая, что в начале угловая скорость направлена строго вдоль оси , МКД так же будет направлен вдоль той же оси, ибо несимметричность тела в этом случае влияния оказывать не будет, МКД будет иметь проекцию на ось и она будет равна . Откуда тогда берутся эволюции, описанные в опыте Джанибекова?

3. Дифференциальные уравнения возмущенного движения гайки

Предположим, что под действием короткого малого возмущения, угловая скорость гайки отклонилась от закона, который дают уравнения (6) на малую величину . Тогда угловая скорость гайки станет равна

Перепишем второе уравнение (6) в тензорном виде

и подставим туда (7)

Раскроем в (8) скобки

Однако, , что соответствует установившемуся режиму движения. Последнее слагаемое (9) отбрасываем как малое 2-го порядка, приводя уравнение (9) к виду

Пересчитаем компоненты угловой скорости по формулам

Подставим (10) в (9) и вынесем за скобку общие множители

Используя свойства дельты Кронекера и опуская индексы у тензора инерции, получаем

где — тензор ранга .

Полученная система уравнений (11) называется линеаризованной системой уравнений возмущенного движения и служит для исследования устойчивости установившегося движения по первому приближению.

Обратите внимание, оперируя тензорами мы начисто забыли о том, что в уравнении (6) имеется страшное матричное умножение да ещё и векторное произведение. Ещё одна иллюстрация мощности тензорного подхода к преобразованию векторно-матричных форм.

4. Исследование устойчивости движения гайки Джанибекова по первому приближению (первый метод Ляпунова)

Снова перейдем к матричной форме в уравнении (11), разрешив его относительно производной отклонений угловой скорости

Первый метод Ляпунова, который мы будем использовать для оценки устойчивости движения гайки предусматривает исследование собственных чисел матрицы . Для того, чтобы установившееся движение было устойчивым, собственные числа (которых будет три) матрицы должны иметь отрицательные действительные части.

Однако, для начала нам следует получить матрицу , элементы которой удовлетворяют тензорному соотношению

Для начала вспомним, что мы работаем в декартовых координатах, значит метрический тензор представлен единичной матрицей, тензор Леви-Чивиты — символами Веблена, о которых мы уже говорили, а тензор инерции ранга совпадает с тензором инерции ранга .

Для свертки выражения (13) можно воспользоваться СКА, но так как я ещё не разобрался с покомпонентной работой с тензорами в Maxima и Maple, то быстро набросал следующий код в Maple, пользуясь её средствами линейной алгебры

Пропустив исходные данные через Maple, на выходе получаем матрицу

где — угловая скорость вращения гайки сразу после схода с резьбы на установившемся участке движения, перед кувырком. Эту угловую скорость можно считать постоянной.

Нетрудно получить и матрицу

Характеристическое уравнение для вычисления собственных чисел данной матрицы имеет вид

Решая его получаем собственные числа

Собственные числа принимают действительные значения, если безразмерные моменты инерции удовлетворяют условию

В противном случае два собственный числа будут чисто мнимыми. Если мы построим графики зависимости собственных значений и от безразмерных моментов инерции, то увидим, что при нарушении условия (15) графики проваливаются в комплексную область.

Положительный корень характеристического полинома

Выводы

Хотя бы одно собственное значение с положительной вещественной частью говорит о неустойчивости установившегося режима движения.

Теперь посмотрим, ведь условие (15) удовлетворяет принятому нами в начале условию (3). При соотношении между моментами инерции, когда

то есть, будучи изначально закрученной вокруг оси с промежуточным между максимальным и минимальным значением момента инерции, гайка ведет себя неустойчиво, совершает переворот, а затем снова пытается найти устойчивое положение, и снова совершает переворот. Известно, что устойчивые вращения свободного тела возможны лишь вокруг осей с максимальным и минимальным моментом инерции.

то мы получаем чисто мнимые корни характеристического уравнения, и первый метод Ляпунова не отвечает однозначно на вопрос, будет ли устойчиво движение в этом случае. Но исходя из того, что знает механика не сегодняшний день и из колебательного характера решения линейных уравнений с мнимыми корнями характеристического уравнения, можно предположить периодические колебания вектора угловой скорости около установившегося режима, что соответствует процессам прецессии и нутации.

В этой связи, наша планета, удовлетворяющая условию (16) не будет испытывать на себе эффект Джанибекова. Так что глобальная катастрофа со сменой полюсов нам не грозит.

Данная статья была некоторой разминкой. К гайке «барашку» мы, возможно ещё вернемся, а пока — благодарю моих читателей за внимание!

Источник

Эффект Джанибекова

«Эффекта Джанибекова» — странное поведение гайки-барашка, которая, вращаясь в невесомости, внезапно разворачивается на 180 градусов без каких-либо внешних воздействий, затем снова, и снова, и снова. Феномен настолько странный, что на него обратили внимание не только любители «альтернативной науки», теорий заговора и предсказаний конца света, но и правительство СССР, которое засекретило внезапное открытие на 10 лет.

Действительно ли это предвестник апокалипсиса? Попробуем разобраться вместе с Дереком Маллером в новом видео канала Veritasium.

Очередной бред пиндосов. Как земля может перевернутся, если она плоская?

Как блин на сковородке!

Глоток чистого воздуха после треда с Дедом.

Ну вот, опять текста нет 🙁

150 лет назад эффект описали математически, но СССР пересрал и все равно засекретил.

В СССР эту теорему на первом курсе каждого мехмата и матфиза проходили

Я говорю что в союзе каждый студент матфиза это знал и никого не удивляло. Собственно про книжку ландау даже в видео дерека сказано

Мой куратор рекомендует не обращать на это внимание и проходить дальше. Вы слышали что у Трампа то с Зеленским? Просто ужас и шок,что творится то люди добрые!

Эти рассуждения могут быть слово в слово повторены если диск вращается вокруг оси Х, только в этом случае центробежная сила почемуто диск не разворачивает

О Великий, нам ждать переворота?

Есть инфа от знающего человека что скоро будут реальные изменения и переворот. После того как стабилизируют силы Кориолиса выдвинутся что бы выпиливать Центробежную силу. Сейчас главное не бухтеть

Он же эксперт во всех областях.
Везде по чуть-чуть правда.
В каждой статье затычка.

Давай ссылку что-ли

Прочитал. Ну коммент в таком же невразумительном духе «it would seem» как и ответ.

Он имеет в виду что из объяснения теренса диску следовало бы точно также перевернуться когда он вращается вокруг оси Х, но он же знает что диск не перевернётся поэтому it would seem. А теренс на это ничего убедительного ответить не смог. Если к его описанию ещё надо про силы кориолиса добавить то всё это сильно усложнится и вылезет сложная математика и вектора и всё превратится в один большой mess, который гениальный теренс якобы смог гениально избежать своим гениальным объяснением через центробежную силу

Смотрю тебе «вожди» даже на mathgoverflow покоя не дают лол.

И чё скажешь я не прав? Дерек поддался влиянию авторитета и запилил видео с иллюстрацией которая ничего не объясняет, его фанаты разнесли это по инету, верт дайдер перевели, даже здесь на тж этот пост уже 100 лайков набрал. Но это же всё чушь и объяснение теренса абсолютная херня недостойная даже галочки принятого ответа на масоверфло. Если бы хоть ктото в этой цепочке остановился и засомневался в гениальности ответа гениального теренса этого пиздеца не было бы

Я ничего не скажу, потому что я даже видео смотреть не стал, а уж читать весь ответ на МО и подавно. Я вообще хер знает кто все эти люди. Галочка принятого ответа вообще ничего не значит, но кто его 100 апвотил то если это полная ахинея? И почему нет разоблачений в других ответах?

Прочитал ответ полностью, там есть апдейт про силу кориолиса более подробный, чем тот комментарий. Или ты считаешь что это тоже гон?

Давай без вы, я ничего не плюсовал вообще и не смотрел.

Ну так посмотри уже тебе даже на русский перевели, чего ты обсуждаешь то что даже не видел

Источник

Сдвиг полюсов. Часть 1. Физика процесса

Эта статья открывает цикл публикаций, освещающих авторское видение темы «Сдвига полюсов» на примере эффекта Джанибекова. Автор берёт на себя смелость внести свою лепту в раскрытие темы и предложить читателям сайта познакомиться

и другими интересными находками. Приятного чтения!

Эффект Джанибекова

Во время своего пятого полета на космическом корабле «Союз Т-13″ и орбитальной станции «Салют-7″ (6 июня — 26 сентября 1985 года) Владимир Джанибеков обратил внимание на, казалось бы, необъяснимый с точки зрения современной механики и аэродинамики эффект, проявившийся в поведении самой обычной гайки, точнее гайки «с ушками» (барашками), которыми фиксировались металлические ленты, закрепляющие мешки для упаковки вещей при транспортировке грузов в космос.

Разгружая очередной транспортный корабль, Владимир Джанибеков стукнул пальцем по одному уху «барашка». Обычно тот отлетал, и космонавт спокойно ловил его и убирал в карман. Но в этот раз Владимир Александрович не стал ловить гайку, которая к его большому удивлению пролетев около 40 сантиметров, неожиданно перевернулась вокруг своей оси, после чего все так же вращаясь полетела дальше. Пролетев еще примерно 40 сантиметров, она опять перевернулась. Это показалось космонавту настолько странным, что он закрутил «барашек» обратно и опять стукнул по нему пальцем. Результат оказался тем же!

Будучи необычайно заинтригованным столь странным поведением «барашка, Владимир Джанибеков повторил эксперимент с другим «барашком». Тот так же переворачивался в полете, правда, через несколько большее расстояние (43 сантиметра). Аналогичным образом вел себя и запущенный космонавтом пластилиновый шарик. Он тоже, пролетев некоторое расстояние, переворачивался вокруг своей оси.

» alt=»»>

Обнаруженный эффект, названный «эффектом Джанибекова», стали внимательно изучать и выяснили, что исследуемые объекты, вращающиеся в невесомости, через строго определенные промежутки времени совершали переворот («кувырок») на 180 градусов.

При этом, центр масс этих тел продолжал равномерное и прямолинейное движение, в полном соответствии с первым законом Ньютона. А направление вращения, «закрутка», после «кувырка» оставалась прежней (как и должно быть по закону сохранения момента импульса). Получалось, что относительно внешнего мира тело сохраняет вращение вокруг той же оси (и в том же направлении), в каком оно вращалось до кувырка, но «полюса» менялись местами!

Это прекрасно видно на примере «гайки Джанибекова» (обычной барашковой гайки).

Если смотреть ОТ ЦЕНТРА МАСС, то «ушки» гайки сначала вращаются в одном направлении, а после «кувырка» в другом.

Тут просматриваются определённые параллели между движением «гайки Джанибекова» и движением планеты Земля. И рождается вопрос «А вдруг кувыркается не только гайка, но и наша планета?» Может, раз в 20 тысяч лет, а может, и чаще.

И как тут не вспомнить о гипотезе катастрофического сдвига полюсов Земли, сформулированной ещё в середине 20 века Хью Брауном и поддержанной научными работами Чарльза Хэпгуда («The Earth’s Shifting Crust», 1958 и «Path of the Pole», 1970) и Иммануила Великовского («Столкновение миров», 1950)?

Эти исследователи изучали следы прошлых катастроф, и пыталась дать ответ на вопрос «Почему они происходили так масштабно и имели такие последствия, словно Земля переворачивалась, меняла географические полюса?»

Однако, «Эффект Джанибекова» заставил по-новому отнестись к этой теории. Учёные уже не могут исключить того, что та самая физическая сила, которая заставляет кувыркаться гайку, может переворачивать и нашу планету. И следы прошлых планетарных катастроф ярко свидетельствуют о масштабах этого явления.

Теперь, мой читатель, наша задача разобраться с физикой переворота.

Китайский волчок

» alt=»»>

Ниже представлена фотография, где учёные-физики наблюдают очевидное нарушение законов классической механики. Переворачиваясь, волчок совершает работу по подъёму своего центра масс.

Все попытки дать математическое обоснование на основе законов классической механики не были достаточно убедительными. Приходилось объяснять движение волчка с помощью разных дополнительных предположений о влиянии трения.

Возьмём и мы модель китайского волчка, и попробуем найти объяснение «эффекту Джанибекова».

Итак, что мы видим на представленной выше схеме?

» alt=»»>

Как показывают эксперименты на орбите Земли, даже обычная коробка с вещами может стать объектом для демонстрации эффекта.

» alt=»»>

Периодичность переворотов

Если разница в моменте инерции (который после «закрутки» волчка становится накопленной энергией) очень маленькая, то такое тело будет стабильно вращаться очень долго. Но такая стабильность всё равно не будет вечной. Когда-то наступит момент переворота.

Особенности планеты Земля

В реальности рельеф Земли намного более сглаженный, но сам факт неидеальности формы планеты очевиден.

Вода на поверхности планеты

Давайте представим, что наступил момент, когда планета совершает «кувырок». Твёрдая часть планеты начнёт двигаться по траектории приводящей к смене полюсов. А что будет происходить с водой на поверхности Земли? Вода не имеет прочной связи с поверхностью, она может течь туда, куда будет направлена равнодействующая физических сил. Поэтому, согласно известным законам сохранения импульса и момента импульса, она будет пытаться сохранить то направление движения, которое выполнялось до «кувырка».

Что это значит? А это значит, что все океаны, все моря, все озёра придут в движение. Вода начнёт двигаться с ускорением относительно твёрдой поверхности.

В каждый момент времени на протяжении процесса смены полюсов, на водные массивы, в какой бы точке земного шара они не находились, почти всегда будут действовать две инерционные компоненты:

Взгляните на рисунок ниже. На нем указана величина линейных скоростей на разных широтах (для наглядности выбраны несколько точек на поверхности земного шара).

Из-за разности линейных скоростей воды и твёрдой поверхности Земли (литосферы), получается эффект цунами. Масса океанической воды движется относительно поверхности невероятно мощным потоком. Посмотрите, какой явный след остался от прошлого сдвига полюсов. Это пролив Дрейка, он находится между Южной Америкой и Антарктидой. Мощность потока впечатляет! Он протащил остатки ранее существовавшего перешейка на две тысячи километров.

На старинной карте мира отлично видно, что никакого пролива Дрейка в 1531 году ещё нет. Или о нём ещё неизвестно, и картограф рисует карту по старым сведениям.

Величина инерционных компонент зависит от расположения интересующей нас точки, а также от траектории «кувырка» и от того, на какой временной стадии переворота мы находимся. После окончания переворота величина инерционных компонент станет нулевой, и движение воды постепенно погасится за счёт вязкости жидкости, за счёт сил трения и земного притяжения.

Следует сказать, что на поверхности земного шара при «сдвиге полюсов» есть две зоны, в которых обе инерционные компоненты будут минимальными. Можно сказать, что эти два места являются наиболее безопасными с точки зрения угрозы от потопной волны. Их особенность в том, что в них не будет инерционных сил, заставляющих воду двигаться в каком-либо направлении.

Динамика водного потока под влиянием инерционных компонент

Розовые стрелки показывают направление перемещения южного полюса (направлены вдоль траектории сдвига). Берега озера перемещаются (относительно оси вращения планеты) вместе с литосферой, а вода под воздействием сил инерции пытается сначала сохранить своё положение и перемещается вдоль траектории сдвига, а потом под воздействием второй инерционной компоненты постепенно поворачивает своё движение в сторону вращения планеты.

Это наиболее заметно, если сопоставлять положение на схеме синего кружка (водного массива) и зелёных треугольников (геостационарных спутников).

Ниже на карте мы можем увидеть следы водно-селевого потока, направление движения которого постепенно разворачивается под воздействием второй инерционной компоненты.

На этой карте есть следы и других потоков. Мы разберём их в следующих частях серии.

Демпфирующий эффект океанов

Атмосферные явления при сдвиге полюсов

Помимо этого из глубин планеты выходит масса разных газов, в том числе происходит и многократно усиленная напряжением литосферы водородная дегазация. Водород в условиях электрических разрядов интенсивно взаимодействует с кислородом атмосферы, происходит образование воды в многократно превышающих климатическую норму объёмах.

Фильм на ту же тему, от автора статьи:
Всемирный Потоп. Физика явления.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник