Dschanibekow-Effekt

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Dschanibekow-Effekt in der Schwerelosigkeit der ISS

Der Dschanibekow-Effekt, auch Tennisschlägereffekt, ist eine besondere Form des Torkelns eines kräftefrei rotierenden Körpers, die 1985 vom sowjetischen Kosmonauten Wladimir Dschanibekow während eines Raumfluges an einer Flügelmutter beobachtet wurde.[1] Siehe auch nebenstehendes Video, das den Effekt an einem Handgriff zeigt.

Grundsätzlich ist seit 1834 bekannt, dass ein frei rotierender Körper mit drei unterschiedlichen Hauptträgheitsmomenten eine stabile Orientierung der Drehachse nur zeigt, wenn er näherungsweise um eine der beiden Hauptträgheitsachsen rotiert, zu denen das größte bzw. das kleinste Trägheitsmoment gehört. Bei Rotation um die dritte, dazu senkrechte Hauptträgheitsachse hingegen entwickelt der Körper aus kleinsten Abweichungen große Torkelbewegungen, wenn der Drehimpulsvektor anfangs nicht exakt mit dieser Hauptträgheitsachse übereinstimmt.[2] Der Drehimpulsvektor selbst bleibt dabei konstant, nicht aber die Richtung der momentanen Drehachse in Bezug auf das körperfeste und das raumfeste Koordinatensystem.

Die besonders eigentümliche Art des Torkelns, die Dschanibekow in der Schwerelosigkeit beobachtete, scheint sogar eine wiederholte Umkehr der Drehrichtung einzuschließen (wie im Video zu sehen). Diese Umkehrung gilt aber lediglich in Bezug auf das körperfeste Koordinatensystem, während vom raumfesten System aus gesehen der Drehsinn sich nicht umkehrt.

Diese Bewegung wurde 1991 theoretisch begründet.[3] Der Effekt beruht in mathematischer Sicht darauf, dass die betreffende Hauptträgheitsachse auf dem Energieellipsoid nicht wie die anderen beiden Achsen zu einem elliptischen, sondern zu einem hyperbolischen Fixpunkt gehört (genauer: zu einem Sattelpunkt); Näheres siehe Bewegung kräftefreier Kreisel.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Léo Van Damme, Pavao Mardesic, Dominique Sugny: The tennis racket effect in a three-dimensional rigid body. Arxiv, 2016.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. yavideleto: Джанибеков (Dschanibekow) auf YouTube, 19. Februar 2010, abgerufen am 29. Juni 2019 (auf russisch). Fernsehinterview, in dem der Kosmonaut Wladimir Dschanibekow einem Journalisten den Effekt erklärt.
  2. Louis Poinsot: Théorie nouvelle de la rotation des corps. Bachelier, Paris 1834/1851
  3. Mark S. Ashbaugh, Carmen C. Chicone, Richard H. Cushman: The twisting tennis racket. In: Journal of Dynamics and Differential Equations, 3, 1, 1991, S. 67–85.