Unsymmetrischer KreiselDer unsymmetrische oder asymmetrische Kreisel ist in der Kreiseltheorie ein Kreisel mit drei verschiedenen Hauptträgheitsmomenten.[1] Für den allgemeinen Fall des unsymmetrischen schweren Kreisels ist Anfang des 21. Jahrhunderts noch keine Lösung der Eulerʹschen Kreiselgleichungen gefunden worden. Da nur wenige Lösungen und auch nur für spezielle Fälle vorliegen, fehlt die analytische Beschreibung für die große Mehrheit der Kreisel. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich unter anderem mit der Herausarbeitung invarianter Eigenschaften des dynamischen Systems.[2] BezeichnungenEin Symmetrischer Kreisel wird abgeplattet genannt, wenn sein axiales Drehmoment größer ist als seine äquatorialen, und im umgekehrten Fall wird er gestreckt genannt. Beim unsymmetrischen Kreisel werden ähnliche Bezeichnungen verwendet.[1] Sind A, B und C die Hauptträgheitsmomente um die erste, zweite bzw. dritte Hauptträgheitsachse und gilt A > B > C, dann ist der Kreisel
HauptträgheitsmomenteDer unsymmetrische Kreisel hat drei verschiedene Hauptträgheitsmomente A, B und C. Bei einem Starrkörper erfüllen sie die Dreiecksungleichungen
siehe Trägheitsmoment. Dann kann es einen unsymmetrischen Kreisel mit den Hauptträgheitsmomenten A, B und C geben. Eines dieser Trägheitsmomente kann dazu benutzt werden, die Energie oder die Zeit so zu skalieren, dass in den betrachteten physikalischen Gesetzen, insbesondere den Eulerʹschen Kreiselgleichungen, das betreffende Trägheitsmoment gleich eins wird.[3] Daher besitzen zwei Kreisel, bei denen das Verhältnis zweier ihrer Hauptträgheitsmomente zum dritten gleich ist, vergleichbare Drehträgheitseigenschaften. Das gestattet die möglichen Parameterkombinationen {A, B, C} um eine Dimension auf {α, β}={B/A, C/A} zu reduzieren. Für diese dimensionslosen Parameter gelten die Einschränkungen
Darstellung der Kreiseltypen
Die Bilder zeigen Darstellungsmöglichkeiten für Kreiseltypen.[4] Der Parameterraum ist nach den sieben von Katok und Richter gefundenen Bereichen eingefärbt, in denen die Energiefläche des Kreisels vergleichbare topologische Eigenschaften besitzt.[5] Der Kowalewskaja-Kreisel, bei dem α = 1 und β = 1/2 ist, ist als Dreieck (a) oder als Punkt (b,c) eingetragen. Die Kreiseltypen sind in den Bildern wie folgt veranschaulicht:
Pseudoreguläre PräzessionDer allgemeine unsymmetrische Kreisel kann nur die Staude-Drehung gleichmäßig ausführen. Eine pseudo-reguläre Präzession, d. h. eine mit dem Auge von einer regulären Präzession nicht unterscheidbare Bewegung, kann der unsymmetrische Kreisel dann ausführen, wenn er sich rasch um eine Hauptträgheitsachse dreht, deren Hauptträgheitsmoment A das größte oder das kleinste Hauptträgheitsmoment ist. Die sich ergebende Präzession gleicht im Mittel der pseudoregulären Präzession eines Lagrange-Kreisels mit gleichem axialen Trägheitsmoment A und gleichem Stützpunktsmoment, siehe Hauptartikel. Begleitet wird diese Präzession von vier Nutationen in Form von Epizykeln, die bis ins 17. Jahrhundert hinein für die Erklärung der Planetenbahnen benutzt wurden. Siehe auch
Bewegungsformen unsymmetrischer schwerer Kreisel: WeblinksCommons: Kreisel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Einzelnachweise
Literatur
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