Эффект Джанибекова и закон бутерброда
Полагаю, явление, называемое эффектом Джанибекова, знакомо всем. Тем не менее, краткое описание с http://www.orator.ru/int_19.html
«Эффект Джанибекова состоит в странном поведении летящего вращающегося тела в невесомости. 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».
Сам я натолкнулся на информацию об этом эффекте в http://www.orator.ru/int_19.html тогда, когда разбирался с ошибками Циолковского.
Я не увидел в этом эффекте ничего таинственного, на интуитивном уровне всё сразу стало понятно, но меня поразило невежество обитателей научных форумов, нелепость и дикость их вариантов объяснения эффекта. Особенно забавляют объяснения, обычно даваемые обиженным тоном мудреца, который вынужден тратить время на преодоление человеческой тупости и косности, начинающиеся фразой: «А вы имеете представление о гамильтониане?». Имеем, как же без него жить-то? Но мы имеем ещё то, чего вы не имеете – действующее серое вещество. Следовательно, знаем, что характеристики и закономерности природных явлений, физический механизм которых нам неизвестен, должны определяться только по результатам наблюдений, измерений и экспериментов. При этом экстраполяция результатов наблюдений и экспериментов на сферы, не охваченные ими должна быть предельно осторожной. Ибо, как показывает опыт теоретической физики, все гипотезы ad hoc , в конечном счёте, ведут в царство бессмыслицы и безумия. Поэтому, для извлечения смысла эффекта из глубин интуиции до уровня сознания, я провёл необходимые наблюдения, измерения, и эксперименты.
Разумеется, наблюдения, измерения, и эксперименты выполнены мной не на борту МКС, а в нормальных домашних условиях. Во втором клипе http://www.orator.ru/int_19.html снятом на МКС, демонстрация эффекта Джанибекова производится на фоне работающего таймера. Пары десятков снимков, произведённых посредством нажатия на клавишу Prt Sc старенького ноотбука, мне оказалось достаточно, чтобы снять временную характеристику смены положений, вращающегося вдоль оси симметрии предмета, при его движении в невесомости на маршруте от кувырка до кувырка. Этого оказалось достаточно для снятия временной характеристики перемещения, но не пространственной, которая необходима для понимания динамики вращающихся тел. Здесь,
ВНИМАНИЕ!!!
Все до меня, включая Джанибекова, полагали (по измерениям внутри МКС) расстояние, проходимое барашком от кувырка до кувырка, равным где-то 43 сантиметрам, забывая, что барашек, как и МКС, движется по орбите вокруг Земли, падая на землю с ускорением свободного падения. Его орбита и орбита МКС (и космонавта) просто очень близки, и эта орбита практически круговая. Сама МКС никакого заметного физического влияния на движение барашка оказать не может, барашек, как и станция движется только под действием земли. И на самом деле, за t секунд, проходящих от кувырка до кувырка, барашек пролетает где-то 8t километров по круговой орбите. Первым в голову приходит следующее соображение: если первоначально ось вращения барашка совпадала с касательной к орбите, то при прохождении им по орбите даже части её дуги длиной 8t километров, такого совпадения с направлением той касательной уже не будет. И это, наверно, породит усилие, поворачивающее материальное тело в положение при котором его ось вращения будет совпадать с новой касательной к траектории. Ведь наблюдаем же мы Луну всегда повёрнутой к нам одной стороной, и земля в иллюминаторе МКС всегда видна. А из опытов школьной физики известно, любое усилие, прикладываемое к гироскопу, кроме усилия направленного вдоль оси его вращения, приводит к появлению явления прецессии. При возрастании угла прецессии гироскоп (юла, волчок) падают, а если есть возможность - переворачиваются.
Однако, несмотря на внешнюю убедительность приведённого соображения , оно носит спекулятивный характер, тут мы отступаемся от провозглашенного выше принципа - не вводить гипотезы ad hoc, а опираться только на результаты наблюдений, измерений и воспроизводимых экспериментов. Почему нас не устраивает данное выше объяснение?
Во-первых, оно «слишком умное», для того, чтобы быть разумным.
Во-вторых, никакое вращение тела само по себе не может изменить положение центра масс тела, сила тяготения и сила инерции - объёмные силы, и ни придать телу вращения вокруг центра масс, ни изменить характеристики уже имеющегося у тела вращения – не могут.
В-третьих, центр масс и центр тяжести (тяги) в нашем случае практически совпадают и, следовательно, условие, необходимое для развития процесса прецессии, отсутствует. И внимательное наблюдение за движение барашка, заметного роста прецессии действительно не обнаруживает.
В четвёртых, если бы эффект имел новизну и практическую ценность, то его демонстрировали бы не на Ren Tv, для развлечения просвещённых обывателей, а нашим врагам, в новых видах вооружений. Довод в стиле довода чеховского поручика: «Если бы мы происходили от обезьян, то нас теперь водили бы по городам Цыганы на показ».
Ваш покорный слуга, как и всё прогрессивное человечество, давно пришёл к выводу, что уникальных явлений в природе не существует, и если нам что-то кажется таковым, то именно, кажется - это обман зрения, иллюзия. С каким явлением вращения тела в невесомости каждый из нас сталкивался многократно? – С падением бутерброда со стола! Известно, что в соответствии с «законом бутерброда» он падает маслом вниз. То есть, вращается при падении, а при свободном падении тело находится в состоянии невесомости. Проведённые исследования серьёзного уровня показали, падение «маслом вниз» вызвано высотой стола – высотой падения. Если бы наблюдатель и бутерброд падали с большой высоты рядом друг с другом (пусть у наблюдателя будет чуть-чуть меньшая начальная скорость) , то перевороты медленно удаляющегося бутерброда представлялось бы наблюдателю достаточно частыми и регулярными, с частотой исходно заданной процессом «съезжанием» бутерброда с края стола. Впрочем, поскольку форма бутерброда отличается от шара, то и вращаться бутерброд вокруг своей оси будет неравномерным. Если бутерброд предварительно слегка раскручен вдоль оси, перпендикулярной направлению свободного падения, то, благодаря гироскопическому эффекту, уменьшится не столько частота переворотов, сколько станут сами перевороты смотреться, так сказать, - «рельефнее», будут выглядеть как внезапные кувырки.
Собственно это наблюдает и показывает нам, Джанибеков. Гайка типа барашек, съезжая с болта по винтовой резьбе, приобретает не только вращательное движение вокруг оси вдоль отверстия, но и вращение в сторону от оси , в момент «съезжания» с неё (винт есть винт). В какую сторону – несущественно. Ибо это «бутербродное» вращение, а бутерброд будет падать вниз, как всё на станции, включая Джанибекова, с ускорением свободного падения. То есть, видимое Джанибекову и нам движения барашка, в принципиальном плане ничем не отличается от описанного выше движения крутящегося бутерброда. Наблюдаемой скорости вращения гайки вдоль своей оси, явно недостаточно для создания стойкого гироскопического эффекта, вспомните, видимые вращения она совершает на самом деле не на дистанции в 43 сантиметра, а на пути в несколько десятков километров. Не всё так просто с этими гироскопами на орбите. Тем более что барашек не имеет в плюс ни шаровой, ни цилиндрической формы, а в минус - имеет ушки и большую дырку.
Как бы сложилась дальнейшая судьба гайки на орбите в околоземном пространстве, если бы Джанибеков выпустил её из станции на свободу – разговор особый, требующий наличия знания об эпициклоидах. Об этом подробно в отдельной главе книги https://vixra.org/pdf/2011.0157v1.pdf