Pöörlemine: definitsioon ja tüübid — spinn, telg ja orbiit

Pöörlemine on objekti liikumine ringikujulises liikumises.

Kahemõõtmeline objekt pöörleb ümber pöörlemise keskme (või punkti). Kolmemõõtmeline objekt pöörleb ümber joone, mida nimetatakse teljeks. Kui pöörlemistelg asub keha sees, öeldakse, et keha pöörleb iseenda ümber ehk spinnib - mis tähendab suhtelist kiirust ja võib-olla vaba liikumist koos nurkkiirusega. Ringliikumist ümber välise punkti (näiteks Maa ümber Päikese) nimetatakse orbiidiks või õigemini orbitaalseks pöörlemiseks.

Mida pöörlemine täpselt tähendab?

Pöörlemine tähendab, et objekti igal punktil liigub asukoht ringjoonel või lõikab sama keskusega ringikujulisi trajektoore. Kahemõõtmelises tasapinnas on pöörlemise keskpunkt see, mille ümber kõik punktid kirjeldavad ringe; kolmemõõtmelises ruumis määrab pöörlemise suuna ja asukoha pöörtelg. Kui keha pöörleb oma telje ümber, kasutame sageli terminit spinn (näiteks rattaspinn, planeedi spinn).

Pöörlemise olulised suurused ja seosed

• Nurkkiirus (ω) — määrab, kui kiiresti pöörlemisnurk muutub (ühikud: rad/s). Suhtevalem on ω = 2π / T, kus T on periood.
• Period (T) ja sagedus (f) — periood on aeg ühe täispöörde tegemiseks, sagedus f = 1/T mõõdetakse hertsides (Hz).
• Lineaarne kiirus (v) punkti kaugusel r teljest: v = ω · r. See näitab, et punktid kaugemal teljest liiguvad suurema lineaarse kiirusega.
• Nurkkiiruse muutumine (nurkkiirendus, α) — näitab, kuidas ω ajas muutub (α = dω/dt).
• Mõõtühikud — pöörlemist kirjeldatakse tavaliselt radiaanides või kraadides; masinate puhul kasutatakse ka pööre minutis (RPM).

Pöörlemise tüübid ja nähtused

• Spinn (iseenda ümber pöörlemine) — keha pöörlemine oma telje ümber, näiteks ratta või Maa öine pöörlemine. Sellisel pöörlemisel on oluline suurus inertsimoment (mõõdupuu, mis sõltub massijaotusest) ja pöördemoment (väljendatakse tihti tähisega τ), mis põhjustab nurkkiiruse muutust: τ = I · α.
• Orbitaalne pöörlemine (revolutsioon) — keha liikumine ümber välise keskpunkti, näiteks planeedi orbiit ümber tähe. Orbitaalset liikumist mõjutavad tavaliselt gravitatsioonijõud.
• Pretsessioon ja nutatsioon — kui pöörlevat keha mõjutab väline pöördemoment, võib tema pöörlemistelg liikuda aeglaselt – seda nähtust nimetatakse pretsessiooniks. Nutatsioon on väiksemad, ajas muutuvad kõikumised telje liikumises.
• Keerutamine ja pöörlemise stabiilsus — giroskoobid ja pöörleva massi omadused annavad stabiliseeriva efekti: suur nurkkiirus teeb telje orientatsiooni vastupidavamaks välistest häiretest.

Praktilised näited ja tähelepanekud

Igapäevaelust: rattaratas, tuuleturbina labad, pesumasina trummel ja lennuki propeller pöörlevad oma telje ümber. Planeedid spinnivad (oma telje ümber) ja samal ajal revolutsioneerivad ehk liiguvad orbiidil ümber tähe. Maa telje kalle põhjustab aastaaegade vaheldumist ning pretsessioon mõjutab kaugemas ajaskaalas taevakehade positsioone.

Erinevus mehaanilisest ja kvantmehaanilisest „spinnist”

Tavapärane pöörlemine on mehaaniline ja paljuski intuitiivne. Kvantmehaanikas on aga osakestel, näiteks elektronil, olemas omadus, mida nimetatakse spinniks, kuid see ei kujuta endast otsest pöörlemist ruumis — see on kvantomadus, millel on sarnased mõõtühikud (nt impulsmomeendi projektioon), kuid erinevad tõlgendused ja seaduspärad.

Kokkuvõte

Pöörlemine hõlmab nii keha iseenda ümber pöörlemist (spinn) kui ka liikumist ümber välise keskpunkti (orbitaalne pöörlemine). Olulised mõisted on nurkkiirus, periood, lineaarne kiirus ja inertsimoment. Erinevad pöörlemise vormid ja väline mõju (nagu pöördemomendid) määravad, kuidas keha orientatsioon ja liikumine aja jooksul muutuvad.

Pöörlemise tüübid

Pöörlemine ümber punkti ühes tasapinnas võib toimuda päripäeva või vastupäeva.

Lennundus

Lennudünaamikas on peamised pöörded tuntud kui pikeerimine, pöörlemine ja õõtsumine. Lennunduses kasutatakse terminit pöörlemine ka õhusõiduki ülespoole suunatud tõusu tähistamiseks, eriti stardiks vajaliku suurema tõusu alustamisel. Samu mõisteid kasutatakse ka vees liikuvate kalade puhul.

Lõbustusrajad

Paljud atraktsioonid pakuvad rotatsiooni. Tõukerattal ja vaaterattal on horisontaalne kesktelg ja paralleelsed teljed iga gondli jaoks, kus pöörlemine toimub vastupidiselt, kas gravitatsiooni või mehaaniliselt.

Sport

Pöörlemine, mida tavaliselt nimetatakse spinniks, mängib paljudes spordialades rolli. Topspin ja backspin tennises. Inglise, follow ja draw piljardis ja piljardis. Kurvilised pallid pesapallis ja spin bowling kriketis. Lauatennise löögimängud on spetsialiseerunud sellele, et mängijad saaksid palli lüües seda keerutada.

Päikesesuunaline suund

Otsing