A FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁSA

Hasonló dokumentumok
A FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁSA

Matematika OKTV I. kategória 2017/2018 második forduló szakgimnázium-szakközépiskola

a) Az első esetben emelési és súrlódási munkát kell végeznünk: d A

Szabadsugár. A fenti feltételekkel a folyadék áramlását leíró mozgásegyenlet és a kontinuitási egyenlet az alábbi egyszerű alakú: (1) .

6. A FÖLD TENGELYKÖRÜLI FORGÁSA.

3. Lokális approximáció elve, végeselem diszkretizáció egydimenziós feladatra

Néhány mozgás kvantummechanikai tárgyalása

A rezgések dinamikai vizsgálata, a rezgések kialakulásának feltételei

A PÓLUSMOZGÁS FIZIKAI ALAPJAI. Völgyesi Lajos *

Kétváltozós függvények ábrázolása síkmetszetek képzése által

Y 10. S x. 1. ábra. A rúd keresztmetszete.

A kardáncsukló tengelyei szögelfordulása közötti összefüggés ábrázolása. Az 1. ábrán mutatjuk be a végeredményt, egy körülfordulásra.

12. AZ EULER-FÉLE SZABADNUTÁCIÓ, KÉNYSZERNUTÁCIÓ, PÓLUSVÁNDORLÁS

fizikai szemle 2013/6

Írja át a következő komplex számokat trigonometrikus alakba: 1+i, 2i, -1-i, -2, 3 Végezze el a műveletet: = 2. gyakorlat Sajátérték - sajátvektor 13 6

Harmonikus rezgőmozgás

A statika és dinamika alapjai 11,0

11. A FÖLD FORGÁSA, AZ ÁLTALÁNOS PRECESSZIÓ

László István, Fizika A2 (Budapest, 2013) Előadás

MAGYARÁZAT A MATEMATIKA NULLADIK ZÁRTHELYI MINTAFELADATSOR FELADATAIHOZ 2010.

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Teljes függvényvizsgálat példafeladatok

A FÖLD PRECESSZIÓS MOZGÁSA

Többváltozós analízis gyakorlat, megoldások

Kozmikus geodézia MSc

Oktatási Hivatal. A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

1) Adja meg a következő függvények legbővebb értelmezési tartományát! 2) Határozzuk meg a következő függvény értelmezési tartományát!

A fő - másodrendű nyomatékok meghatározása feltételes szélsőérték - feladatként

Adatok: fénysebesség, Föld sugara, Nap Föld távolság, Föld Hold távolság, a Föld és a Hold keringési és forgási ideje.

Az SI rendszer alapmennyiségei. Síkszög, térszög. Prefixumok. Mértékegységek átváltása.

A harmonikus rezgőmozgás (emelt szint)

11/1. Teljesítmény számítása szinuszos áramú hálózatokban. Hatásos, meddô és látszólagos teljesítmény.

A differenciálegyenlet általános megoldása az összes megoldást tartalmazó halmaz.

3. 1 dimenziós mozgások, fázistér

Rugalmas megtámasztású merev test támaszreakcióinak meghatározása I. rész

17. előadás: Vektorok a térben

A lecke célja: A tananyag felhasználója megismerje a rugalmasságtan 2D feladatainak elméleti alapjait.

Statika gyakorló teszt I.

Hullámtan. A hullám fogalma. A hullámok osztályozása.

1 1 y2 =lnec x. 1 y 2 = A x2, ahol A R tetsz. y =± 1 A x 2 (A R) y = 3 3 2x+1 dx. 1 y dy = ln y = 3 2 ln 2x+1 +C. y =A 2x+1 3/2. 1+y = x.

Mechanika. II. előadás március 4. Mechanika II. előadás március 4. 1 / 31

MateFIZIKA: Pörgés, forgás, csavarodás (Vektorok és axiálvektorok a fizikában)

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2012/2013 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Döntő Megoldások

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

forgási hiperboloid (két köpenyű) Határérték: Definíció (1): Az f ( x, y) függvénynek az ( x, y ) pontban a határértéke, ha minden

Alsópályás gerinclemezes acélszerkezet

SZILÁRDSÁGTAN A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak egyetemi ágon tanuló hallgatói részére (2004/2005 tavaszi félév, szigorlat)

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A FÖLD PRECESSZIÓS MOZGÁSÁNAK FIZIKAI ALAPJAI. Völgyesi Lajos *

Mechanika II. Szilárdságtan

y f m l merevrúd 2.1. Példa: Különböző irányú rugók helyettesítése Adott: Az ábrán látható rezgőrendszer. Feladat:

Csuklós mechanizmus tervezése és analízise

Fizikai Szemle MAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

KÚPKERÉKPÁR TERVEZÉSE

Pere Balázs október 20.

Egy mozgástani feladat

Koordináta-geometria alapozó feladatok

Nemzetközi Csillagászati és Asztrofizikai Diákolimpia Szakkör Szferikus csillagászat II. Megoldások

35. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny. III. forduló május 1. Gyöngyös, 9. évfolyam. Szakközépiskola

MODELLEZÉS - SZIMULÁCIÓ

7. Kétváltozós függvények

KÁOSZ EGY TÁLBAN Tóthné Juhász Tünde Karinthy Frigyes Gimnázium (Budapest) Gócz Éva Lónyai Utcai Református Gimnázium

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

5. ROBOTOK IRÁNYÍTÓ RENDSZERE Robotok belső adatfeldolgozásának struktúrája

Fizika I. Dr. Gugolya Zoltán egyetemi adjunktus. Pannon Egyetem Fizika Intézet N. ép. II. em szoba

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Merev testek kinematikája

1. Lineáris transzformáció

Koordinátarendszerek

2. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnök tanár) Erők eredője, fölbontása

és hullámok Rezgések Rezgések Hullámok Hang

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

Az elméleti mechanika alapjai

Fluidizált halmaz jellemzőinek mérése

Földrengésvédelem Példák 3.

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

10. KINEMATIKA, KINETIKA

Rezgések. x(t) x(t) TÓTH A.: Rezgések/1 (kibővített óravázlat) 1

Kettős és többes integrálok

NC programok kiterjesztett számítógépes szimulációja Extended Simulation of NC Part Program With Computer Tools

36. Mikola verseny 2. fordulójának megoldásai I. kategória, Gimnázium 9. évfolyam

5. hét Költségvetési korlát, a fogyasztó optimális döntése. PCC- és ICC-görbe, egyéni keresleti függvény és Engel-görbe.

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

3. MÉRETEZÉS, ELLENŐRZÉS STATIKUS TERHELÉS ESETÉN

Bevezetés az elméleti zikába

EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Határérték. Wettl Ferenc el adása alapján és Wettl Ferenc el adása alapján Határérték és

A hajlított fagerenda törőnyomatékának számításáról II. rész

Robotika. Kinematika. Magyar Attila

Kalkulus II., harmadik házi feladat

MEREVSZÁRNYÚ REPÜLŐGÉPEK VEZÉRSÍK-RENDSZEREINEK KIALAKÍTÁSA 3 REPÜLŐKÉPESSÉG

Statika. Armuth Miklós, Karácsonyi Zsolt, Bodnár Miklós. Nyugat-magyarországi Egyetem TÁMOP A/1-11/

15. Többváltozós függvények differenciálszámítása

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Egyenletek, egyenletrendszerek

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Egyenletek, egyenletrendszerek

Átírás:

Végezetül szeretnénk hangsúlozni hog unkánk fô célja az volt hog beutassunk eg olan új rovarcsapda-koncepciót ainek alapját a visszaverôdéskor bekövetkezô fénpolarizáció eges rovarok polarotaktikus viselkedése és a fotoelektroos jelenségen alapuló napeleek által terelt elektroosság képezi z új csapda bögölvonzásának és -elpusztításának elve alapvetôen eltér a többi létezô bögölcsapda ûködési elveitôl napelees bögölcsapda piaci bevezetésének lehetôségét ég tanulánozni kell ai az egéb csapdatípusokkal való összehasonlítással egütt a közeljövô feladata Habár az elônökön túl az új csapdának kétségtelenül van néhán kevésbé elônös sajátsága is a föntiekben beutattunk eg olan koncepciót ai a gakorlatban is jól ûködik Il ódon a napelees bögölcsapdát érdeesnek tartjuk további tökéletesítésre a ûködés és egjelenés tekintetében E csapda ûködési elve agar szabadalo által védett (U-11-276: Rovarölô szerkezet különösen bögölökhöz) Köszönetnilvánítás Kutatásunkat az OTK (K-68462) és az Európai Unió (EuFP7 Taba- NOid-232366) pálázatai táogatták Horváth Gábor köszöni a néet leander von Hubold lapítván ûszeradoánát Köszönjük Viski Csaba (Szokola) hozzájárulását hog terepkísérleteinket a lovas farján végezhettük Hálásak vagunk Fogl Lászlónak (ELTE Biológiai Fizika Tanszék) az 1 bögölcsapda egépítéséhez nújtott segítségéért Köszönjük Hopp Sándornak (ELTE Fizikai Intézet Mechanikai Mûhel) a bögölcsapdáink fé vázának elkészítését Köszönjük Bodrogai Ferenc és Horváth László (Forest Kft Lábatlan) anagi táogatását Kutatási projektünk a TÁMOP 421/ 9/1/KMR-29-1 száú Egüttûködés Lehetôség Tudáshasznosítás ELTE Kutatási és Technológiatranszfer Szolgáltatások Fejlesztése az ELTE-n cíû pálázat táogatásával valósult eg Irodalo 16 Blahó M Egri Á Horváth G Barta ntoni G Kriska G: Hogan fogható napeleel bögöl? I rész Fizikai Szele 63 (213) 145 149 17 Egri Á; Blahó M; Kriska G; Farkas R; Gurkovszk M; Åkesson S; Horváth G: Polarotactic tabanids find striped patterns with brightness and/or polarization odulation least attractive: an advantage of zebra stripes Journal of Eperiental Biolog 215 (212) 736 745 electronic suppleent 18 Willias D D; Feltate B W: quatic Insects CB International Wallingford Oford (1992) p 358 FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁS Völgesi Lajos BME Általános- és Felsőgeodézia Tanszék Földünk tengel körüli forgása nehezen átlátható eglehetôsen bonolult folaat z elôzô [1] cikkben áttekintettük a legfontosabb fizikai alapfogalakat a súlos és az erôentes pörgettû precessziós és nutációs ozgását és részletesen foglalkoztunk a Föld precessziós ozgásával Ebben az írásban a Föld nutációs ozgásával (pólusozgás pólusingadozás pólusvándorlás szabadnutáció kénszernutáció jelenségeivel) foglalkozunk z Euler-egenletek Ha forgó erev testre külsô erôk hatnak akkor az ipulzusnoaték egváltozása a külsô erôk M forgatónoatékával egenlô íg az ω szögsebességgel forgó erev test kinetikai egensúlának feltétele külsô (a testtel ne egüttforgó) K ( z ) inerciarendszerbôl szelélve: d N Térjünk át az 1 ábrán látható K ( z ) inerciarendszerrôl a erev testtel egütt forgó K (z) koordináta-rendszerre Ha a forgó K koordináta-rendszeren belül az N vektor ne változna akkor a K inerciarendszerbôl szelélve az N vektor változása csak a forgásból állna: d N = M = ω N (1) (2) Ha N a K rendszerbôl szelélve is változik akkor: 1 ábra Koordináták erev testek forgásának leírásához N w z z J j K ( z ) Q d N (3) vektor-transzforációból az (1) felhasználásával: dn J csoóvonal = dn sík r sík Kz () ω N ω N = M C z b J g =tkp (3) (4) ai a erev testtel egütt forgó egfigelô száára a forgási egensúl feltétele (az Euler-féle egenlet vektoralakban) Kifejtve a (4) összefüggésben szereplô vektoriális szorzatot az z koordináta-iránokban az alábbi skaláregenletekre jutunk: VÖLGYESI LJOS: FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁS 187

dn dn dn z N z N = M N N z = M N N = M z (5) Ha a K koordináta-rendszert a test töegközéppontjában úg vesszük fel hog az z tengele egbeessen a test tehetetlenségi fôiránaival akkor a fôátlón kívüli centrifugális noatékok zérusok és a tehetetlenségi noaték tenzora forában írható Ekkor: I= B C N = N = B N z = C (6) (7) Behelettesítve az ipulzusnoaték (7) szerinti öszszetevôit az (5) egenletekbe a erev testek forgását leíró Euler-féle ozgásegenleteket (az úgnevezett pörgettûegenleteket) kapjuk a erev testtel egütt forgó K koordináta-rendszerben: d B d C d (C B) = M ( C) = M (B ) = M z (8) (8) Euler-féle pörgettû egenletek integrálásával eghatározható a forgó testek ozgása vagis az ω forgási szögsebességvektor összetevôinek (t) (t) (t ) idôbeli változása a testtel egütt forgó koordináta-rendszerben További feladat külsô szelélô száára a vizsgált forgó test térbeli helzetének eghatározása az idô függvénében zaz eg kell adni a erev testtel egütt forgó K( z) koordináta-rendszer helzetét a térben rögzített K ( z ) inerciarendszerhez viszonítva K rendszer K -höz viszonított helzete legegszerûbben az 1 ábrán szeléltetett ϑ ψ ϕ Euler-féle szögekkel adható eg [2 3] testtel egütt forgó K koordináta-rendszerben az ω szögsebességvektor összetevôi az Euler-féle szögekkel a = = sinϑ sinϕ dϑ sinϑ cosϕ dϑ = cosϑ cosϕ sinϕ dϕ (9) összefüggéssekkel fejezhetôk ki [4] enniben a (8) Euler-féle egenletekbôl isertek az (t ) (t ) (t ) egoldások akkor a (9) elsôrendû differenciálegenletekbôl eghatározhatók a ϑ(t ) ψ(t ) ϕ(t ) Euler-féle szögek idôbeli változásai ϑ ψ ϕ szögekre közvetlenül is nerhetô egoldás ha a (9) összefüggéseket a (8) Euler-féle egenletekbe írjuk Ekkor háro ásodrendû differenciálegenlet adódik aibôl a ϑ ψ ϕ szögek közvetlenül eghatározhatók Föld int erôentes szietrikus pörgettû enniben a (8) Euler-féle egenleteket erôentes szietrikus pörgettûnek feltételezett erev Földre alkalazzuk az alábbi egszerûsítô feltevéseket tehetjük: 1 a Föld alakváltozásra képtelen erev test azaz eltekintünk a rugalasságától 2 M = M = M z = azaz a Földre seiféle külsô forgatónoaték ne hat (ez az erôentes pörgettû esete) 3 = B vagis az egenlítô síkjába esô tehetetlenségi noatékok egegeznek (szietrikus pörgettû esete) 4 a Földhöz rögzített és vele egütt forgó K koordináta-rendszer kezdôpontja a Föld töegközéppontjában van ( tkp) 5 a forgástengel áteg a töegközépponton 6 a Földhöz rögzített koordináta-rendszer z tengelének irána egbeesik a C legnagobb tehetetlenségi noaték iránával (C > ) Ezekkel a feltevésekkel a (8) Euler-féle ozgásegenletek az d d (C ) = (C ) = C d = alakra egszerûsödnek Mivel C a haradik egenlet egoldása: = = állandó (1) (11) tehát a z tengel körüli forgás szögsebessége állandó vagis az ω szögsebességvektor szietriatengelre esô vetülete ne változik további egoldásához osszuk el az (1) elsô két egenletét -val írjuk be ezekbe a (11) egoldást és vezessük be a k = C (12) jelöléssel a dinaikai lapultság fogalát Ekkor a (1) elsô két egenlete: 188 FIZIKI SZEMLE 213 / 6

d d k = k = (13) C w z z w Differenciáljuk a (13) elsô egenletét t szerint és helettesítsük be az íg keletkezô d / differenciálhánados kifejezését a (13) ásodik egenletébe rendezés után: d 2 2 k ω 2 z = (14) b ael ásodrendû differenciálegenletnek az = triviális egoldása ellett az = cos k t τ (15) is egoldása aelben és τ integrálási állandók (a haronikus rezgôozgás differenciálegenletének egoldásához hasonlóan a legnagobb kitérést τ pedig a kezdôfázist jelöli) Hasonlóképpen kapjuk eg az értékét: = sin k t τ (16) Legenek a t = idôpontban = és = kezdeti feltételek (vagis a kezdô idôpontnak azt választjuk aikor az ω vektor éppen az z síkban fekszik) Ekkor a (15) és a (16) szerint τ = Bevezetve az α = k t (17) jelölést a (11) (15) és a (16) alapján az ω forgási szögsebességvektor összetevôi: cosα ω = = sinα ω z ω z (18) kapott eredéneket a 2 ábrán szeléltetjük Eszerint az ω vektor összetevôiben szereplô α ne ás int a z koordinátatengel és az ω vektor által eghatározott síknak az z síkkal bezárt szöge Mivel az α a (17) szerint a t idônek lineáris függvéne ezért dα = k = C = állandó (19) tehát az ω vektor állandó szögsebességgel járja körül a test töegéhez rögzített koordináta-rendszer z tengelét z ω (18) összetevôit egvizsgálva látható hog az ω vektor végpontja a z tengel körül a (19) szerint állandó szögsebességgel = ω 2 ω 2 (2) =tkp w a 2 ábra Nutációs ozgás a Földdel egütt forgó koordináta-rendszerbôl szelélve sugarú kört ír le íg aga a forgási szögsebességvektor vagis a Föld forgástengele nílásszögû körkúp palástja entén ozog a tehetetlenségi fôtengellel azonos z koordináta-tengel körül Föld forgása tehát ne a C szietriatengel körül (azaz ne a Föld töegéhez kötött állandó helzetû z tengel) hane indig a pillanatni forgástengel körül történik Föld felszínén az ω vektor végpontja által leírt kör (a pillanatni forgástengel földfelszíni novonala) a erev Föld póluspálája vag pollódiua Határozzuk eg ezek után a pillanatni forgástengel eg teljes körülvándorlásának idejét Jelölje azt az idôt ael alatt a forgástengel egszer körüljárja a z tengelt Ekkor a (17) alapján: aibôl: w 2 β = 2 arctg k =2π = 2π C (21) (22) (23) Mivel a forgás jó közelítéssel a z tengel körül történik ezért ω azaz tehát: 2π 2π ω = 1 csillagnap = = 9973 szoláris nap C (24) (25) VÖLGYESI LJOS: FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁS 189

Csillagászati egfigelések szerint: íg tehát C = 3295 33 nap (26) (27) az inerciarendszerhez rögzített herpolhodia kúp w N C a Föld szietriatengele Mivel a ozgásegenletek fenti levezetése Eulertôl szárazik a forgástengel állandó szögsebességû körbevándorlásának 33 napos periódusát Euler-féle periódusnak (gakran Euler-féle szabadnutációs periódusnak) nevezzük z elnevezésben a szabad jelzô arra utal hog a jelenség külsô erôhatásoktól teljesen független és a kialakult ozgás periódusidejét kizárólag a erev test (esetünkben a Föld) töegeloszlása (lapultsága) határozza eg Mindezekbôl az következik hog ha valael erev test tengelkörüli forgása ne a C fô tehetetlenségi noaték tengele körül indult eg akkor ez a ozgási állapot egarad tehát a forgástengel ne billen vissza olan állapotba hog a fô tehetetlenségi tengellel egbeessék Íg a pillanatni forgástengel állandó szögtávolságra egenletes sebességgel járja körül a fô tehetetlenségi tengelt ikor a forgástengel pontosan egbeesik a szietriatengellel (β = ) vag az = B = C esetén a ozgás uganolan int eg rögzített tengel körüli állandó szögsebességû forgás azaz nutáció ne lép fel Mindez ait eddig tárgaltunk a Földdel egütt forgó K koordináta-rendszerbôl szelélve látható következô feladat az Euler-szögek eghatározása ai lehetôvé teszi az erôentes szietrikus pörgettû nutációs ozgásának leírását külsô inerciarendszerbôl szelélve Induljunk ki a (9) differenciálegenletekbôl! Ezeknek elegendô eg partikuláris egoldása ivel az általános egoldásban szereplô háro integrációs állandót a K koordináta-rendszer szabad választásával autoatikusan egadjuk [2] Vegük fel a térhez rögzített K koordináta-rendszerünk z tengelét az 1 ábrán szeléltetett ódon úg hog irána egegezzen az (1) iatt a térben állandó helzetû N ipulzusnoaték-vektor iránával továbbá tételezzük fel hog a z és a z iránok közötti ϑ szög az idôben ne változik tehát: ϑ = ϑ = állandó (28) Ekkor behelettesítve a (9) differenciálegenletekbe a (11) (15) és a (16) egoldásokat: sinϑ sinϕ = cos k t τ sinϑ cosϕ = sin k t τ cosϑ dϕ = (29) nutációs kúp póluspála (pollódiu) a Földhöz rögzített polhodia kúp B 3 ábra Föld Euler-féle szabadnutációs ozgása külsô inerciarendszerbôl szelélve z elsô két egenletbôl a koordináták 1 ábrá n látható értelezése ellett az alábbi két összefüggés adódik: és ϕ = π 2 sinϑ = (3) k t τ (31) Beírva ezeket a (29) haradik egenletébe kiszáítható a ϑ értéke: ϑ = arctan C (32) Összefoglalva végül az Euler-szögekre kapott egoldás: ϑ = ϑ = arctan ψ = ψ t sinϑ C (33) elsô két összefüggése azt utatja hog külsô inerciarendszerbôl szelélve az erôentes pörgettû C szietriatengele a térben állandó helzetû N ipulzusnoaték-vektor körül 2ϑ nílásszögû úgnevezett nutációs kúp palástja entén állandó /sinϑ szögsebességgel ozog körbe iközben a haradik egenlet szerint ehhez ég hozzájön eg további forgás a C szietriatengel körül z N vektor C szietriatengellel bezárt ϑ szögét a (33) elsô összefüggése íg a C szietriatengel ω pillanatni forgástengellel bezárt β szögét pedig a (21) összefüggés adja Ebbôl viszont az ω pillanatni forgástengel N vektorral bezárt γ szöge is eghatározható ϕ = ϕ C t (33) 19 FIZIKI SZEMLE 213 / 6

2 az N és a C indig eg síkban van iközben a Föld töegéhez rögzített helzetû polhodia kúp és az inerciarendszerben rögzített helzetû herpolhodia kúp palástja állandóan az ω vektor irána entén érintkezve csúszásentesen gördül egáson Y 2 198 1976 1972 1968 2 Y 2 4 1967 1968 1969 197 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 4 ábra póluspála 1967 1979 között Két alapeset lehetséges: a C > esetben γ = β ϑ íg a C < esetben γ = ϑ β Összefoglalva a fentieket: szabadnutáció esetén a külsô térben rögzített K inerciarendszerben ind a Föld forgástengelének ind a Föld C szietriatengelének irána folaatosan változik csupán az N ipulzusnoaték-tengel irána változatlan az ipulzusnoaték-egaradási törvén értelében ozgást legegszerûbben a 3 ábra alapján érthetjük eg ai egébként az erôentes pörgettû szabadnutációs ozgását utatja a külsô térben rögzített inerciarendszerbôl szelélve Föld pillanatni forgástengele (C > esetén) a kisebb nílásszögû úgnevezett herpolhodia kúp palástja entén a C szietriatengel (a Föld tehetetlenségi fôirána) pedig a nagobb nílásszögû úgnevezett nutációs kúp palástja entén kerüli eg az N ipulzusnoaték-vektort Eközben az ω vektor az úgnevezett polhodia kúp palástja entén a C tengel körül is vándorol ozgás során az ω 2 4 CIO 2 X CIO X pólusingadozás valódi periódusa valódi Föld pillanatni forgástengelének fô tehetetlenségi iránát jól közelítô (egállapodással definiált) tengeléhez viszonított (érésekkel eghatározható) ozgását pólusingadozásnak nevezzük z eddigi feltevések (például erev és forgásszietrikus Föld esete) a valóságban ne érvénesek ezért a egfigelt pólusingadozás jelentôsen eltér az eddigi egfontolások eredéneitôl Ha érésekkel eghatározzuk a valódi póluspálát (a forgástengel ozgásának földfelszíni novonalát) a pollódiuot akkor folaatosan a 4 ábra felsô részén látható görbékhez hasonló képet kapunk 4 ábrán az 1967 és 1979 közötti póluspála látható olan koordináta-rendszerben aelnek tengele a greenwichi kezdôeridián iránába tengele pedig erre erôlegesen nugat felé utat a kezdôpontja pedig az 19 és 195 közötti idôtartara eghatározott közepes pólushel: a CIO (Conventional I nternational O rigin) Látható hog a pólus valóban periodikus ozgást végez a pólus elozdulása körülbelül 5 1 sugarú körön belül arad de az aplitúdó ne állandó és a periódus se egenlô az Euler-féle 33 napos periódussal hane ennél lénegesen hosszabb: 45 és 457 nap között ingadozik átlagosan integ 435 nap pólusozgás felfedezése utáni években Chandler aerikai csillagász kiutatta hog a pólusingadozás két doináns periódusból eg 12 és eg 14 hónapos periódusból tevôdik össze z utóbbit tiszteletére Chandler-periódusnak nevezték el Néhán hónappal Chandler felfedezése után Newcob ár eléleti agarázattal is szolgált: a 14 hónapos összetevô a Föld szabadnutációja íg a 12 hónapos összetevô az úgnevezett kénszernutáció ael az azonos periódusú globális eteorológiai jelenségek (töegátrendezôdések például légtöegozgások hó- és jégtöegek olvadása és újraképzôdése stb) következéne 4 ábrán látható hog a pólus az órautató járásával ellentétes iránban többé-kevésbé szabálos spirális pálán ozog Ezek a spirális pálák körülbelül hat évenként hasonló jellegûek a két frekvencia összeadódásából kialakuló lebegés következtében Jól látható ez a lebegés a 4 ábra alsó részén a pólusingadozás 1967 és 1979 közötti idôszakra vonatkozó hárodienziós képén Ugancsak ezt szelélteti az 5 és a 6 ábra is ahol a felsô görbe a pólusozgás illetve iránú összetevôje alatta pedig a szétválasztott 14 hónapos 12 hónapos és a aradék összetevôk láthatók Megállapítható hog a szabadnutáció és a kénszernutáció külön-külön is eglehetôsen bonolult folaat Chandler-összetevôn például felis- VÖLGYESI LJOS: FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁS 191

erhetô eg fél évszázad körüli periódus ael több ás földfizikai folaatban is jelentkezik pontos okát azonban egelôre ne iserjük z átlagosan 427 napos Chandler-periódus és a 33 napos Euler-periódus közötti különbség oka a Föld rugalas viselkedése Ha uganis a Föld ne erev int ahogan az Euler-féle pörgettûegenletek egoldásakor feltételeztük akkor a forgástengel elozdulásának egfelelôen a egváltozó centrifugális erô hatására töege úg deforálódik hog a tehetetlenségi fôtengele közeledik a forgástengelhez (Szélsô esetben ha a Föld foladékszerûen viselkedne akkor a tehetetlenségi fôtengele teljes értékben követné a forgástengel elozdulását tehát a periódus végtelen nag lenne és íg pólusingadozásról ne is lehetne beszélni) Ennek egfelelôen a Euler-féle és a T C Chandlerperiódus hánadosa kapcsolatba hozható a Föld rugalasságát jellezô Love-féle k száal: T C =1 k ε 2 f ε (34) 4 4 2 2 1 1 1 1 6 3 2 2 1 1 1 1 ahol f a Föld geoetriai lapultsága ε pedig a centrifugális és a nehézségi gorsulás egenlítôi értékének hánadosa [5] z 1 táblázat ban a (34) összefüggés alapján kiszáított néhán szóba jöhetô k értékhez tartozó Chandler-periódus hosszát tüntettük fel táblázatból látható hog a szabadnutáció Chandler-periódusa annál hosszabb inél kevésbé erev a Föld z árapáljelenségek egfigelésébôl szárazó 29 és 31 közötti k értéknek 44 és 454 nap közötti periódus felel eg viszont a pólusozgás egfigelésébôl a 428 44 nap közötti Chandler-periódus tûnik a legvalószínûbbnek aihez a táblázat adatai szerint k = 27 29 érték tartozik pólusvándorlás összetevõje pólusozgás összetevõje szabadnutáció (Chandler-összetevõ) kénszernutáció aradék tag 19 192 194 196 198 2 5 ábra pólusozgás összetevôje 189 2 között pólusvándorlás összetevõje pólusozgás összetevõje szabadnutáció (Chandler-összetevõ) kénszernutáció aradék tag 19 192 194 196 198 2 6 ábra pólusozgás összetevôje 189 2 között 1 táblázat Föld rugalassága és a Chandler-periódus hossza közötti összefüggés k 26 27 28 29 3 31 32 T C (nap) 33 421 428 434 44 447 454 461 pólusvándorlás Ha eghatározzuk eg-eg teljes periódushoz a 4 ábrán látható póluspálák közepes pólushelzeteit akkor azt tapasztaljuk hog ezek a közepes pólushelek az idô függvénében folaatosan eltolódnak jelenséget szekuláris pólusozgásnak vag pólusvándorlásnak nevezzük 7 ábrán látható hog az 189 és 2 közötti póluspála ár teljes egészében az 19 és 195 között eghatározott CIO középpóluson kívül halad z is látható hog a közepes pólus 11 év alatt több int 1 távolsággal vándorolt el Kanada iránában egfigelések szerint a pólusvándorlás értéke viszonlag csekél évente legfeljebb néhán d (néhán ezred szögásodperc) nagságrendû a fölörténeti idôskálán azonban ez az elozdulás jelentôs (több 1 ) értékû is lehet Ezért a pólusvándorlás probléája a geológia és a geofizika sokat tár- 192 FIZIKI SZEMLE 213 / 6

Y ( ) 6 4 2 2 1999 197 1996 2 1998 1997 195 19 2 CIO 189 2 5 X ( ) 7 ábra pólus vándorlása 189 és 2 között 2 galt kérdése; különösen a paleokliatológiai és újabban néhán globális tektonikai kérdés egválaszolása szepontjából igen fontos pólusozgás geodéziai és csillagászati hatása Kizárólag a pólusozgás hatását figelebe véve az ω forgási szögsebességvektor állócsillagokhoz viszonított helzetét gakorlatilag állandónak tekinthetjük Ekkor viszont állandó az égi egenlítô síkjának helzete is tehát a csillagok saját ozgásától eltekintve ezek égi egenlítôi (ekvatoriális) koordinátái az idôben változatlanok Uganakkor a Föld felszínén fekvô valaenni pont helzete (például a pontok szintfelületi földrajzi koordinátái) a forgástengelhez rögzített geodéziai koordináta-rendszerekben a Föld töegének a forgástengelhez viszonított elozdulása iatt folaatosan változik pólusozgás oka pörgettûozgás elélete szerint a szabad tengel körül forgó erev testek helzete akkor stabil ha a forgás egindulásakor a test forgástengele egegezik a tehetetlenségi fôtengelével Ellenkezô esetben vagis ha a forgás ne a tehetetlenségi fôtengel körül indul eg akkor a forgó test helzete erôentes térben is állandóan változik azaz a test szabadnutációs ozgást végez Íg ha valael erev bolgó esetében valaikor kialakult a szabadnutációs ozgás akkor ennek fenntartásához seiféle echanizusra nincs szükség Mivel a Föld ne erev test rá ez a egállapítás ne érvénes Föld esetében a iniális ozgási energiájú állapot a tehetetlenségi fôtengel körüli forgás Ettôl eltérô helzetû forgástengel esetén olan belsô töegátrendezôdések lépnek fel aelek a két tengel közeledését illetve egbeesését igekeznek elôidézni Chandler-összetevô vizsgálata alapján az a csillapítási idô ael alatt a ozgás aplitúdója e -ed részére csökken körülbelül 1 3 év közötti értékre becsülhetô [2] z ennél jóval hoszszabb idejû egfigelések azt bizonítják hog léteznie kell valailen gerjesztô folaatnak ael a pólusozgás iseretlen ódon elnelôdô energiáját valailen forában pótolja lehetséges disszipációs és gerjesztési folaatok napjainkban ég nagrészt tisztázatlanok ivel az eddig felerült lehetôségek általában ás ódon nehezen ellenôrizhetôk és a száítások igen bonolultak fentiek szerint nilvánvaló hog a Föld nutációs ozgásának oka a Föld bonolult belsô töegeloszlása és a töegek állandó ozgása áthelezôdése Földön kívüli töegek eloszlásának a különbözô égitesteknek a pólusozgásra seilen hatása nincs Irodalo 1 Völgesi L: Föld precessziós ozgása Fizikai Szele 63 (213) 152 2 Völgesi L: pólusozgás fizikai alapjai Geoatikai Közleének V Sopron (22) 55 3 Völgesi L: Föld precessziós ozgásának fizikai alapjai Geoatikai Közleének V Sopron (22) 75 4 Landau L D Lifsic E M: Eléleti Fizika I Tankönvkiadó Budapest 1974 5 Völgesi L: Geofizika Mûegetei Kiadó Budapest 22 VÖLGYESI LJOS: FÖLD NUTÁCIÓS MOZGÁS 193