Precesiune

Precesiune (din lat. praecessio - mișcare înainte) - un fenomen în care axa de rotație a corpului își schimbă direcția în spațiu .

Ar trebui, totuși, să se înțeleagă că axa de rotație nu este aceeași cu direcția momentului unghiular ; deși momentul unghiular al unui corp tinde să fie conservat (în absența influențelor externe), rotația unui corp rigid poate avea loc fie în jurul acestui vector (de exemplu, pentru corpuri cu o anumită simetrie), fie axa de rotație va își schimbă constant direcția.

Precesiune giroscopică

Precesia este ușor de observat. Trebuie să porniți partea de sus și să așteptați până când începe să încetinească. Inițial, axa de rotație a vârfului este verticală. Apoi se abate treptat de la verticală și începe să descrie conul . Această mișcare, efectuată în plus față de propria sa rotație în jurul axei vârfului, se numește precesia axei vârfului [1] . Odată cu scăderea vitezei de rotație a vârfului, punctul său superior coboară treptat și se mișcă de-a lungul unei spirale divergente .

Proprietatea principală a precesiei este inerțiabilitatea : de îndată ce forța care provoacă precesiunea vârfului dispare, precesia se va opri, iar axa de rotație a vârfului va lua o poziție fixă în spațiu. În exemplul vârfului care se rotește în câmpul gravitațional al Pământului , acest lucru nu se va întâmpla, deoarece forța care provoacă precesiunea - combinația dintre gravitația Pământului și presiunea suprafeței mesei - acționează în mod constant.

Puteți obține efectul precesiei fără a aștepta ca rotirea vârfului să încetinească: împingeți axa acesteia (aplicați forță) - precesia va începe. Un alt efect este direct legat de precesiune, prezentat în ilustrația de mai jos: aceasta este nutația - mișcări oscilatorii ale axei corpului care precesează. Viteza de precesiune și amplitudinea nutației sunt legate de viteza de rotație a corpului (prin modificarea parametrilor de precesiune și nutație, dacă este posibil să se aplice o forță pe axa unui corp în rotație, se poate modifica viteza de rotație a acestuia).

Precesiunea corpurilor cerești

Fenomenul mișcării seculare - lente - a polilor nord și sud ai lumii prin sfera cerească se numește precesiune. Apare din cauza faptului că Pământul are forma unui geoid - este turtit la poli și axa de rotație zilnică nu este perpendiculară pe planul eclipticii. Oblatia Pământului poate fi văzută ca existența unei „centuri de masă suplimentară” la ecuatorul său. Câmpurile gravitaționale ale Soarelui și ale Lunii, situate în planul eclipticii, acționează pe această centură, parcă ar încerca să rotească axa de rotație a Pământului și să o aducă într-o poziție perpendiculară pe ecliptică. Acesta este ceea ce face ca axa Pământului să descrie un con cu un unghi de aproximativ 47 ° în vârf, care coincide cu centrul Pământului, pe un interval de timp de 26 de mii de ani. După 4000 de ani, polul nord al lumii se va afla în constelația Cepheus, iar după 14.000 de ani - lângă steaua Vega din constelația Lyra. Chiar și într-o sută de ani, poziția Stelei Polare față de polul nord al lumii s-a schimbat semnificativ. Polul a devenit mai aproape de Steaua Polară cu treizeci de minute de arc .

Alături de polii lumii, și alte puncte de pe sfera cerească își schimbă poziția. În special, peste două mii de ani, echinocțiul de primăvară s-a mutat cu aproximativ 30° de la constelația Berbec la constelația Pești. Fenomenul de precesiune afectează și modificarea compoziției constelațiilor incluse în zodiac.

O mișcare similară este realizată de axa de rotație a Pământului , care a fost remarcată de Hiparh ca anticiparea echinocțiilor . Conform datelor moderne, ciclul complet al precesiunii pământului (turul precesional) este de aproximativ 25.765 de ani, ceea ce corespunde unei frecvențe de precesiune de 1,23 picoherți .

Oscilația axei de rotație a Pământului implică o schimbare a poziției stelelor față de sistemul de coordonate ecuatorial . În special, după ceva timp, Steaua Nordului va înceta să fie cea mai strălucitoare stea cea mai apropiată de polul nord al lumii , iar Thurais va fi Steaua Polului Sud în jurul anului 8100 d.Hr. e.

Pe lângă corpurile cerești în sine , orbitele lor sunt, de asemenea, supuse precesiei. Planul orbitei Pământului fluctuează în intervalul de până la 5 ° cu o perioadă medie de aproximativ 68.800 de ani [2] , Mercur - până la 12 °, Venus - până la 5 °, Marte - până la 8 ° [3] .

Probabil [4] , schimbările periodice ale climei Pământului sunt asociate cu precesia [5] .

Fizica fenomenului

Explicația fenomenului de precesiune se bazează pe faptul confirmat experimental că rata de modificare a momentului unghiular al unui corp în rotație este direct proporțională cu mărimea momentului de forță aplicat corpului : ${\vec L}$ ${\vec M}$

${\frac {d{\vec L}}{dt}}={\vec M}$

Exemplu

Pe fig. unu[ unde? ] înfățișează o roată rotativă de bicicletă, ale cărei capete ale axei de rotație sunt suspendate pe două fire și . Greutatea roții este echilibrată de forțele cauzate de deformarea firelor. Roata are un moment unghiular direcționat de-a lungul axei sale, iar vectorul viteză unghiulară al roții este direcționat în aceeași direcție . $A$ $b$ ${\vec L}$ ${\vec {\omega }}$

Lăsați firul să fie tăiat la un moment dat. În acest caz, contrar așteptărilor, roata rotativă nu va schimba direcția orizontală a axei sale și, ca un pendul, nu se va balansa pe un fir . Dar axa sa va începe să se rotească într-un plan orizontal datorită acțiunii momentului de gravitație asupra ei : $b$ $A$ ${\vec M}$ $P$

$\ {\vec r}\times {\vec P}={\vec M}$ , unde este raza-vector al centrului de masă al corpului rotativ în raport cu punctul de atașare pe filet . ${\vec {r)}$ $A$

Pentru că

$dL={d\varphi {L(t)}$ și , apoi $dL=Mdt$ ${\frac {d\varphi {dt}}={\frac {M}{L}}$

și, întrucât viteza unghiulară a precesiei: este: , obținem: sau, ținând cont de faptul că , unde este momentul de inerție al roții: [6] $\omega _{p}$ ${\frac {d\varphi {dt}}=\omega _{p}$ $\omega _{p}={\frac {M}{L}}$ $L=I\omega$ $eu$ $\omega _{p}={\frac {M}{I\omega }}$

Explicația formală pentru acest comportament al unei roți care se învârte este că vectorul de creștere al momentului unghiular este întotdeauna perpendicular pe vectorul , în plus, este întotdeauna paralel cu vectorul momentului de greutate , care se află în planul orizontal perpendicular pe planul desenului, deoarece gravitația este verticală. Prin urmare, axul roții precedă în acest caz în plan orizontal. $dL$ ${\vec L}$ $\vec M$ ${\vec P}$

Explicația de mai sus arată cum apare precesia, dar nu oferă un răspuns de ce , care constă în faptul că la momentul inițial, sub acțiunea gravitației, axa roții încă se înclină ușor în planul desenului și vectorul impuls se modifică. poziţia sa în spaţiu, devenind . Cu toate acestea, gravitația nu creează niciun moment în plan vertical și, prin urmare, direcția și mărimea componentei verticale a momentului de impuls trebuie să rămână aceleași, ceea ce poate fi realizat doar prin apariția unui moment suplimentar de impuls în expresie. : ${\vec L}^{\prime }$ $\delta {\vec L}$

${\vec L}$ = + . ${\vec L}^{\prime }$ $\delta {\vec L}$

Un astfel de moment suplimentar corespunde unei forțe îndreptate orizontal perpendicular pe planul desenului, care determină precesia [7] .

Vezi și

Precesia Larmor

Note

↑ Copie arhivată . Preluat la 6 august 2017. Arhivat din original la 12 iulie 2017. (Rusă)
↑ Berger .
↑ Laskar .
↑ Elemente .
↑ (link inaccesibil din 26-03-2019 [1317 zile - istoric ) Încălzire. RU. Site web despre schimbările climatice ale Pământului. Therese E. I. Dezvoltarea durabilă și problemele schimbărilor climatice globale ale Pământului]
↑ Leute, 2004 .
↑ Lüders, Oppen, 2008 .

Literatură

Klaus Lüders, Gerhard von Oppen. Lehrbuch der Experimental Physic. Band I. 12 völlig bearbeitete Auflage. - Berlin - New York: Walter de Gruyter, 2008. - ISBN 978-3-11-019311-4 .
Ulrich Leute. Physik und ihre Anwendungen in Technik und Umwelt: Carl Hanser Verlag. - München: Wien, 2004. - ISBN 3-446-22884-5 .

Link -uri

Cauzele precesiei și nutației Pământului . Preluat la 23 martie 2009. Arhivat din original la 19 octombrie 2012. (Rusă)
Ciclurile lui Milankovitch . Elemente. Consultat la 26 mai 2008. Arhivat din original la 30 mai 2012. (Rusă)
A. L. Berger. Obligație și precesiune în ultimii 5000000 de ani. (engleză) . Preluat la 12 aprilie 2022. Arhivat din original la 4 septembrie 2019.
J. Laskar. Evoluția seculară a sistemului solar de peste 10 milioane de ani. (engleză) . Preluat la 10 noiembrie 2020. Arhivat din original la 10 noiembrie 2020.

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Rusă mare Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4273710-2 NDL : 00570022

mișcare mecanică
sistem de referință	cadru inerțial de referință Cadrul de referință non-inerțial Mișcare compusă Principiul relativității
Punct material	Mișcare uniformă Mișcare rectilinie Ecuația mișcării Ecuații de mișcare într-un cadru de referință non-inerțial Traiectorie (cale) in miscare Viteză Accelerație ( accelerare centripetă accelerație tangențială ) liniuță
Corpul fizic	mișcare de translație Mișcare plan-paralelă ( translație paralelă ) Mișcare sferică ( Mișcare rotativă Mișcare circulară Precesiune nutatie )
continuum	flux laminar curgere turbulentă
Concepte înrudite	Planul de viteză Tracțiunea trenului Șase grade de libertate

Unități de măsură și standarde de timp
Ştiinţă Fizică Poveste cronologie Astronomie Geologie Paleontologie
Noțiuni de bază	Timp Pontaj Scala de valori (timp) standard de timp
Standarde internaționale	Ora universală coordonată (UTC) Ora universală (UT) Ora atomică internațională (TAI) ISO 31-1 DUT1 secundă salt Serviciul Internațional de Rotație a Pământului (IERS) Ora Pământului (TT) Coordonate geocentrice de timp (TCG) Timpul coordonate baricentrice (TCB) timp civil Format de timp de 12 ore Format orar de 24 de ore ISO 8601 Linia de dată ora solară locală Fus orar Ora de vară timp standard
Standarde învechite	timpul efemeridelor Timpul dinamic baricentric (TDB) Greenwich Mean Time (GMT) Meridianul Greenwich
Timp	spațiu timp Chronon Deceniu cosmologic Era Planck timpul Planck T-simetrie Teoria relativitatii Încetinirea timpului Ora sistemului de referință propriul timp domeniul timpului timp continuu timp discret Spațiu și timp absolut Ecuația timpului
Ceas	Astrarium ceas atomic Clepsidră Cronometru Radio-ceasuri Cadran solar Ceas de mână ceas cu apă Vizionați Istoria
Calendarvezi lista	Astronomic Julian Noul Julian gregorian islamică lunisolar Solar Lunar Epakta Intercalare An bisect an comun an tropical Echinocţiu Solstițiul saptamana de sapte zile Numele zilelor săptămânii Algoritm pentru calcularea zilei săptămânii Vrutseleto
Arheologie și geologie	Comisia Stratigrafică Internațională Scara geologică Dating în arheologie
Cronologie în astronomie	timp sideral Anul galactic
Unități de timp	Scutura Al treilea Al doilea Minut Ora Zi O săptămână Deceniu fortnite Lună Sfert jumatate de an An Candelabru Deceniu inculpat Secol Seculum Mileniu
Vezi si	Cronologie Durată timpul sistemului Timpul metric Timp mental Cronometraj Ora de vară