Precesja - Polski Serwis Naukowy

Precesja żyroskopu

Ruchy osi planety (precesję oznaczono niebieską literą "P")

Precesja lub ruch precesyjny – zjawisko zmiany kierunku osi obrotu obracającego się ciała. Oś obrotu sama obraca się wówczas wokół pewnego kierunku w przestrzeni zakreślając powierzchnię boczną stożka.

Merkury – najmniejsza i najbliższa Słońcu planeta Układu Słonecznego. Jako planeta wewnętrzna znajduje się dla ziemskiego obserwatora zawsze bardzo blisko Słońca, dlatego jest trudna do obserwacji. Mimo to należy do planet widocznych gołym okiem i była znana już w starożytności. Merkurego dojrzeć można jedynie tuż przed wschodem lub tuż po zachodzie Słońca.

Punkt Barana – jeden z dwóch punktów przecięcia się ekliptyki z równikiem niebieskim, zwany również punktem równonocy wiosennej. Moment przejścia Słońca przez punkt Barana jest początkiem wiosny astronomicznej. Wskutek precesji osi Ziemi punkt Barana przesuwa się po ekliptyce dokonując pełnego obiegu w ciągu 26 tysięcy lat. Obecnie znajduje się w gwiazdozbiorze Ryb, jego nazwa powstała, gdy był w gwiazdozbiorze Barana. Za kolejne 500 lat punkt Barana znajdzie się w gwiazdozbiorze Wodnika.

Precesja przy nieobecności sił zewnętrznych

Precesja występuje w przypadku swobodnie obracającej się bryły, gdy na ciało nie działają żadne siły zewnętrzne. Dzieje się tak wówczas, gdy oś, wokół której obraca się bryła nie jest jej osią główną.

Precesja wymuszona

Precesja wymuszona występuje wówczas, gdy ciało obracające się dookoła osi zostanie poddane momentowi siły ze składową prostopadłą do momentu pędu ciała. Wtedy oś obrotu ciała wykonuje ruch kreśląc sobą powierzchnię w kształcie bocznej powierzchni stożka. Zjawisko to może być zaobserwowane na przykładzie wirującego bąka, gdy oś bąka nie jest pionowa przyciąganie ziemskie stara się przewrócić bąka, ale bąk nie przewraca się, a charakterystycznie zatacza się, co jest właśnie precesją.

Rok zwrotnikowy (tropikalny, tropiczny, słoneczny) - czas pomiędzy dwoma kolejnymi przejściami Słońca przez punkt równonocy wiosennej (punkt Barana). Wskutek zjawiska precesji punkt Barana przesuwa się o około 50 sekund łuku na rok względem gwiazd w kierunku przeciwnym do pozornego ruchu Słońca po ekliptyce i dlatego rok zwrotnikowy jest krótszy od gwiazdowego (w roku 2000 różnica wynosiła 20,409 minuty, w 1900 - 20,4).

Księżyc (, nieco więcej niż 1/4 średnicy Ziemi. Oznacza to, że objętość Księżyca wynosi około 1/50 objętości kuli ziemskiej. Przyspieszenie grawitacyjne na jego powierzchni jest blisko 6 razy słabsze, niż na Ziemi. Księżyc wykonuje pełny obieg wokół Ziemi w ciągu 27,3 dnia (tzw. miesiąc syderyczny), a okresowe zmiany w geometrii układu Ziemia-Księżyc-Słońce powodują występowanie powtarzających się w cyklu 29,5-dniowym (tzw. miesiąc synodyczny) faz Księżyca.

Okres zataczania okręgu przez oś obrotu ciała jest wprost proporcjonalny do prędkości kątowej ruchu obrotowego i momentu bezwładności ciała oraz odwrotnie proporcjonalny do momentu siły zaburzającej. Co wyraża wzór: $T_p = \frac{4\pi^2I_s}{QT_s}$ gdzie: Is – moment bezwładności; Q – moment siły; Ts – okres obrotu ciała wokół osi; Tp – okres zakreślania powierzchni stożkowej przez oś ciała.

Prędkość kątowa precesji podpartego ciała znajdującego się w jednorodnym polu grawitacyjnym nie zależy od kąta wychylenia ciała od pionu i wyraża się wzorem:

Prędkość kątowa w fizyce – wielkość opisująca ruch obrotowy (np. ruch po okręgu). Jest wektorem (pseudowektorem) leżącym na osi obrotu i skierowanym zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej.

Ogólna teoria względności (OTW) – popularna nazwa teorii grawitacji formułowanej przez Alberta Einsteina w latach 1907 – 1915, a opublikowanej w roku 1916.

$\omega_{pr} = \frac{mgl}{I_s\omega}$

gdzie: Is – moment bezwładności; m – masa ciała; g – przyspieszenie ziemskie l – wysokość ciała (ramię momentu siły), odległość od podparcia do środka masy ciała; $\omega$ – prędkość kątowa obrotu ciała; $\omega_{pr}$ – prędkość kątowa precesji, czyli prędkość kątowa osi obrotu ciała.

Precesji może towarzyszyć nutacja, wówczas pojawiają się dodatkowe "wahnięcia".

Ciało (ciało fizyczne) – termin o niezerowej . Określenie ciało fizyczne jest podstawowym pojęciem używanym w definicjach i prawach fizycznych w mechanice klasycznej jak i kwantowej, elektrodynamice i innych. Zastępuje słowa: materia, bryła, organizm, obiekt astronomiczny, przedmiot itp.

Albert Einstein (wym. [ˈalbɐt ˈaɪ̯nʃtaɪ̯n] ?/i) (ur. 14 marca 1879 r. w Ulm w Niemczech, zm. 18 kwietnia 1955 r. w Princeton w USA) – jeden z największych fizyków-teoretyków XX wieku, twórca ogólnej i szczególnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej teorii światła, odkrywca emisji wymuszonej. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Opublikował ponad 450 prac, w tym ponad 300 naukowych. Wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki.

Precesja osi Ziemi

Jest to zjawisko przejawiające się wykonywaniem przez oś Ziemi ruchu po powierzchni bocznej stożka. Innymi słowy, oś ziemska kreśli na tle nieba okrąg. Zakreślenie pełnego okręgu trwa około 26 000 lat.

Zjawisko to jest wywołane przez oddziaływanie grawitacyjne ze strony Księżyca i Słońca. Oś obrotu Ziemi nie jest prostopadła do jej płaszczyzny obiegu wokół Słońca (ekliptyki), ale pochylona pod kątem ok. 23,5°. Jednocześnie Ziemia nie jest kulą. Jest spłaszczona na biegunach, stąd jej moment bezwładności względem osi obrotu jest większy niż dla kuli. W rezultacie jej oś obrotu porusza się po powierzchni bocznej stożka, nie zachowując stałego położenia w przestrzeni. Skutkiem precesji Ziemi równik niebieski wędruje po ekliptyce z prędkością 1° na 72 lata, a biegun niebieski zakreśla wokół bieguna ekliptyki okrąg, którego promień wynosi 23,5°. Dlatego też Gwiazda Polarna nie zawsze była na biegunie nieba. Za 11 tysięcy lat będzie tam się znajdować Wega. Podobnie przesuwa się po ekliptyce punkt Barana, inaczej zwany punktem równonocy wiosennej. Precesja powoduje również różnicę między rokiem gwiazdowym a rokiem zwrotnikowym.

Odległość kątowa punktów na sferze – kąt między dwiema prostymi przechodzącymi przez środek sfery i każdy z punktów. Obrazowo można to wyrazić jako kąt pomiędzy prostymi łączącymi obserwatora z obserwowanymi obiektami.

Peryhelium, perihelium (zlatynizowany wyraz pochodzenia greckiego, od gr. peri, przy i helios, Słońce) – punkt na orbicie ciała niebieskiego obiegającego Słońce, znajdujący się w miejscu największego zbliżenia obu ciał. Przeciwieństwem peryhelium jest aphelium. W odniesieniu do orbity okołoziemskiej stosuje się odpowiednio perygeum i apogeum, zaś w ogólnym przypadku, np. orbit wokół gwiazd – perycentrum i apocentrum.

Precesja osi Ziemi została odkryta przez Hipparcha w 130 roku p.n.e. Jest to data akceptowana przez tradycyjną, akademicką interpretację historii. Zjawisko precesji było znane i obserwowane już w starożytnym Sumerze, a potem Egipcie.

Precesja innych ciał niebieskich

Oś obrotu większości ciał niebieskich podlega precesji. Dotyczy to również planet Układu Słonecznego.

W Układzie Słonecznym, poza precesją planet w ruchu obrotowym wokół własnej osi, występuje również zjawisko zmian orbit planet w ruchu obiegowym wokół Słońca. Jego skutkiem jest ruch peryhelium, nazywany często precesją peryhelium. Najsilniej efekt ten przejawia się w przypadku Merkurego. Zaobserwowany ruch peryhelium Merkurego tylko częściowo daje się wytłumaczyć na gruncie klasycznego oddziaływania grawitacyjnego z innymi planetami. Okazało się, że uwzględnienie efektów wynikających z ogólnej teorii względności Einsteina pozwala wyjaśnić to zaburzenie. Dokładne pomiary ruchu peryhelium Merkurego stanowiły jeden z pierwszych empirycznych dowodów tej teorii.

Moment siły (moment obrotowy) siły F względem punktu O jest to iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły, oraz siły F:

Ziemia (łac. Terra) − trzecia licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu.

Pochodzenie nazwy

Słowo precesja pochodzi od łacińskiego praecessio aequinoxii (wyprzedzanie równonocy) czyli spowodowanego precesją osi ziemskiej przesuwania się punktu Barana.

Zobacz też

Gwiazda Polarna

żyroskop

W Wikimedia Commons znajdują się multimedia związane z tematem:
Precesja