पूर्ण घूर्णन

भौतिकी में, पूर्ण घूर्णन की अवधारणा - किसी बाहरी संदर्भ से स्वतंत्र घूर्णन - सापेक्षता के सिद्धांत, ब्रह्माण्ड विज्ञान  और भौतिक नियमों की प्रकृति के बारे में बहस का विषय है।

वैज्ञानिक रूप से अर्थपूर्ण होने के लिए निरपेक्ष रोटेशन  की अवधारणा के लिए, यह मापने योग्य होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, क्या एक प्रेक्षक किसी प्रेक्षित वस्तु के घूर्णन और अपने स्वयं के घूर्णन के बीच अंतर कर सकता है? इस समस्या के समाधान के लिए न्यूटन ने दो प्रयोग सुझाए। एक बाल्टी तर्क  में घूमने वाले पानी की सतह के आकार पर केन्द्रापसारक बल का प्रभाव है, जो मानव अंतरिक्ष यान के प्रस्तावों में उपयोग किए जाने वाले  घूर्णी गुरुत्वाकर्षण  की घटना के बराबर है। दूसरा अपने द्रव्यमान के केंद्र के चारों ओर घूमते हुए दो गोलों को जोड़ने वाले तार में तनाव पर केन्द्रापसारक बल का प्रभाव है।

न्यूटन की बाल्टी तर्क
न्यूटन ने सुझाव दिया कि पानी की सतह का आकार निरपेक्ष स्थान के सापेक्ष पूर्ण घुमाव की उपस्थिति या अनुपस्थिति को इंगित करता है: घूमते हुए पानी की एक घुमावदार सतह होती है, फिर भी पानी की एक सपाट सतह होती है। क्योंकि घूमते हुए पानी की सतह अवतल होती है, यदि आप जो सतह देखते हैं वह अवतल है, और पानी आपको घूमता हुआ नहीं लगता है, तो आप पानी के साथ घूम रहे हैं।

संदर्भ के एक सह-घूर्णन फ्रेम (जो पानी के साथ घूमता है) में पानी की अवतलता को समझाने के लिए केन्द्रापसारक बल की आवश्यकता होती है क्योंकि पानी इस फ्रेम में स्थिर दिखाई देता है, और इसलिए एक सपाट सतह होनी चाहिए। इस प्रकार, स्थिर पानी को देखने वाले पर्यवेक्षकों को यह समझाने के लिए केन्द्रापसारक बल की आवश्यकता होती है कि पानी की सतह अवतल क्यों है और सपाट नहीं है। केन्द्रापसारक बल पानी को बाल्टी के किनारों की ओर धकेलता है, जहाँ यह गहरा और गहरा जमा होता जाता है, पाइल-अप को तब रोका जाता है जब किसी और चढ़ाई में गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध उतना ही काम करना पड़ता है जितना कि केन्द्रापसारक बल से प्राप्त ऊर्जा, जो अधिक होता है बड़ा त्रिज्या।

यदि आप जो देखते हैं उसे समझाने के लिए आपको केन्द्रापसारक बल की आवश्यकता है, तो आप घूर्णन कर रहे हैं। न्यूटन का निष्कर्ष था कि घूर्णन निरपेक्ष है। अन्य विचारकों का सुझाव है कि शुद्ध तर्क का तात्पर्य केवल सापेक्ष रोटेशन से है जो समझ में आता है। उदाहरण के लिए, बिशप बर्कले  और  अर्नस्ट मच  (दूसरों के बीच) ने सुझाव दिया कि यह निश्चित सितारों के संबंध में सापेक्ष रोटेशन है जो मायने रखता है, और किसी वस्तु के सापेक्ष निश्चित सितारों के रोटेशन का वही प्रभाव होता है जो वस्तु के संबंध में रोटेशन का होता है।  निश्चित सितारे । न्यूटन के तर्क इस मुद्दे को नहीं सुलझाते; हालाँकि, उनके तर्कों को देखा जा सकता है, जो केन्द्रापसारक बल को एक परिचालन परिभाषा के आधार के रूप में स्थापित करते हैं, जिसका हम वास्तव में पूर्ण रोटेशन से मतलब रखते हैं।

घूर्णन गोले
न्यूटन ने किसी के घूर्णन की दर को मापने के लिए एक अन्य प्रयोग भी प्रस्तावित किया: अपने द्रव्यमान के केंद्र के चारों ओर घूमते हुए दो गोलों को जोड़ने वाली डोरी में तनाव का उपयोग करना। स्ट्रिंग में गैर-शून्य तनाव गोले के घूर्णन को इंगित करता है, पर्यवेक्षक को लगता है कि वे घूम रहे हैं या नहीं। यह प्रयोग सैद्धांतिक रूप से बकेट प्रयोग की तुलना में सरल है, क्योंकि इसमें गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है।

रोटेशन के लिए एक साधारण हां या ना के जवाब से परे, कोई वास्तव में किसी के रोटेशन की गणना कर सकता है। ऐसा करने के लिए, व्यक्ति गोले के घूर्णन की मापित दर लेता है और इस देखी गई दर के लिए उपयुक्त तनाव की गणना करता है। इस परिकलित तनाव की तुलना मापे गए तनाव से की जाती है। यदि दोनों सहमत हैं, तो एक स्थिर (गैर-घूर्णन) फ्रेम में है। यदि दोनों सहमत नहीं हैं, तो समझौता प्राप्त करने के लिए, तनाव गणना में एक केन्द्रापसारक बल शामिल होना चाहिए; उदाहरण के लिए, यदि गोले स्थिर प्रतीत होते हैं, लेकिन तनाव गैर-शून्य है, तो संपूर्ण तनाव केन्द्रापसारक बल के कारण होता है। आवश्यक केन्द्रापसारक बल से, व्यक्ति के घूर्णन की गति निर्धारित कर सकता है; उदाहरण के लिए, यदि परिकलित तनाव मापा से अधिक है, तो व्यक्ति गोले के विपरीत दिशा में घूम रहा है, और जितनी बड़ी विसंगति होगी उतनी ही तेजी से यह घुमाव होगा।

घूर्णन को बनाए रखने के लिए तार में तनाव आवश्यक अभिकेन्द्र बल है। शारीरिक रूप से घूमने वाले प्रेक्षक द्वारा जो अनुभव किया जाता है वह केन्द्रापसारक बल और उसकी अपनी जड़ता से उत्पन्न होने वाला भौतिक प्रभाव है। जड़ता से उत्पन्न होने वाले प्रभाव को प्रतिक्रियाशील केन्द्रापसारक बल  कहा जाता है।

जड़ता से होने वाले प्रभावों को काल्पनिक केन्द्रापसारक बल के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है या नहीं, यह पसंद का विषय है।

लोचदार क्षेत्र घूमना
इसी तरह से, अगर हमें नहीं पता था कि पृथ्वी अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है, तो हम इस घुमाव को उसके भूमध्य रेखा पर देखे गए उभार के लिए आवश्यक केन्द्रापसारक बल से अनुमान लगा सकते हैं। अपने प्रिंसिपिया में, आइज़ैक न्यूटन ने प्रस्तावित किया कि घूमती हुई पृथ्वी का आकार गुरुत्वाकर्षण बल के बीच एक संतुलन द्वारा गठित एक सजातीय दीर्घवृत्त का है और केन्द्रापसारक बल इसे अलग करता है। यह प्रभाव शनि ग्रह #भौतिक विशेषताओं के साथ अधिक आसानी से देखा जाता है, जिसकी त्रिज्या पृथ्वी की तुलना में 8.5 से 9.5 गुना है, लेकिन इसकी घूर्णन अवधि केवल 10.57 घंटे है। शनि के व्यास का अनुपात लगभग 11 से 10 है।

आइजैक न्यूटन ने अपनी  प्राकृतिक दर्शन के गणितीय सिद्धांत  (1687) में इसकी व्याख्या की जिसमें उन्होंने पृथ्वी के आकार पर अपने सिद्धांत और गणनाओं को रेखांकित किया। न्यूटन ने सही ढंग से सिद्धांत दिया कि पृथ्वी वास्तव में एक गोलाकार नहीं थी, लेकिन एक चपटा दीर्घवृत्ताकार आकार था, जो अपने घूर्णन के केन्द्रापसारक बल के कारण ध्रुवों पर थोड़ा चपटा हुआ था। चूंकि पृथ्वी की सतह भूमध्य रेखा की तुलना में ध्रुवों पर अपने केंद्र के करीब है, वहां गुरुत्वाकर्षण अधिक मजबूत है। ज्यामितीय गणनाओं का उपयोग करते हुए, उन्होंने पृथ्वी के काल्पनिक  दीर्घवृत्ताभ  आकार के रूप में एक ठोस तर्क दिया। पृथ्वी की तिरछापन का एक आधुनिक माप 6378.14 किमी के भूमध्यरेखीय त्रिज्या और 6356.77 किमी के ध्रुवीय त्रिज्या की ओर जाता है, न्यूटन के अनुमान से लगभग 0.1% कम चपटा अंडाकार आकृति । एक केन्द्रापसारक बल के जवाब में अस्थिरता की सटीक सीमा का सैद्धांतिक निर्धारण न केवल आज बल्कि इसके गठन के दौरान ग्रह के मेकअप की समझ की आवश्यकता है। 1672 में जीन रिचर  ने पहला प्रमाण पाया कि गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी पर स्थिर नहीं था (जैसा कि पृथ्वी एक गोलाकार होती तो ऐसा होता); वह केयेन,  फ्रेंच गयाना  के लिए एक पेंडुलम घड़ी ले गया और पाया कि यह खो गया है $2 1/2$ पेरिस में इसकी दर की तुलना में प्रति दिन मिनट। इसने संकेत दिया कि पेरिस की तुलना में केयेन में  गुरुत्वीय त्वरण  कम था। पेंडुलम ग्रेविमीटर को दुनिया के दूरदराज के हिस्सों में यात्राओं पर ले जाया जाने लगा, और यह धीरे-धीरे पता चला कि बढ़ते अक्षांश के साथ गुरुत्वाकर्षण सुचारू रूप से बढ़ता है, भूमध्य रेखा की तुलना में ध्रुवों पर गुरुत्वाकर्षण त्वरण लगभग 0.5% अधिक होता है।

यह केवल 1743 में था कि थ्योरी डे ला फिगर डे ला टेरे में एलेक्सिस क्लेराट, यह दिखाने में सक्षम थे कि न्यूटन का सिद्धांत कि पृथ्वी दीर्घवृत्ताकार थी, सही थी। क्लेराउट ने दिखाया कि कैसे न्यूटन के समीकरण गलत थे, और पृथ्वी के लिए एक दीर्घवृत्ताभ आकार साबित नहीं हुआ। हालाँकि, उन्होंने सिद्धांत के साथ समस्याओं को ठीक किया, जिससे वास्तव में न्यूटन का सिद्धांत सही साबित होगा। क्लेराउत का मानना ​​था कि न्यूटन के पास उस आकार को चुनने के कारण थे जो उन्होंने किया था, लेकिन उन्होंने प्रिन्सिपिया मैथेमेटिका फिलोसोफी नेचुरेलिस में इसका समर्थन नहीं किया। क्लेराउत के लेख ने अपने तर्क का समर्थन करने के लिए एक वैध समीकरण भी प्रदान नहीं किया। इसने वैज्ञानिक समुदाय में बहुत विवाद पैदा किया।

विशेष सापेक्षता
1913 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जार्ज सग्नैक  ने एक प्रयोग किया जो कि माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग के समान था, जिसका उद्देश्य रोटेशन के प्रभावों का निरीक्षण करना था। Sagnac ने इस प्रयोग को  चमकदार ईथर  के अस्तित्व को साबित करने के लिए स्थापित किया था जिसे आइंस्टीन के 1905 के विशेष सापेक्षता के सिद्धांत ने खारिज कर दिया था।

Sagnac प्रयोग और बाद में इसी तरह के प्रयोगों से पता चला है कि स्थिर संदर्भ बिंदु के रूप में सितारों का उपयोग करते समय पृथ्वी की सतह पर एक स्थिर वस्तु पृथ्वी के प्रत्येक घूर्णन के बाद घूमेगी। इस प्रकार रोटेशन को सापेक्ष के बजाय निरपेक्ष माना गया।

सामान्य सापेक्षता
मच का सिद्धांत अल्बर्ट आइंस्टीन  द्वारा एक परिकल्पना को दिया गया नाम है जिसे अक्सर  भौतिक विज्ञानी  और  दार्शनिक  अर्न्स्ट मच को श्रेय दिया जाता है।

विचार यह है कि घूर्णन संदर्भ फ्रेम  की स्थानीय गति ब्रह्मांड में पदार्थ के बड़े पैमाने पर वितरण द्वारा निर्धारित की जाती है। मच का सिद्धांत कहता है कि एक भौतिक नियम है जो दूर के तारों की गति को स्थानीय जड़त्वीय फ्रेम से संबंधित करता है। यदि आप अपने चारों ओर घूमते हुए सभी सितारों को देखते हैं, तो मैक सुझाव देता है कि कुछ भौतिक कानून हैं जो इसे बनाते हैं ताकि आप एक केन्द्रापसारक बल महसूस कर सकें। सिद्धांत को अक्सर अस्पष्ट तरीके से कहा जाता है, जैसे वहां  द्रव्यमान   जड़ता  को प्रभावित करता है।

आइंस्टीन द्वारा माना गया उदाहरण घूर्णन लोचदार क्षेत्र था। भूमध्य रेखा पर एक घूमते हुए ग्रह की तरह, एक घूमता हुआ गोला अपने घूर्णन के आधार पर एक चपटे (स्क्वैश्ड) गोलाकार में विकृत हो जाता है।

शास्त्रीय यांत्रिकी में, इस विकृति के स्पष्टीकरण के लिए संदर्भ के एक फ्रेम में बाह्य कारणों की आवश्यकता होती है जिसमें गोलाकार घूर्णन नहीं होता है, और इन बाह्य कारणों को पूर्ण रूप से लिया जा सकता है शास्त्रीय भौतिकी और विशेष सापेक्षता में रोटेशन। सामान्य सापेक्षता  में, किसी बाहरी कारण का आह्वान नहीं किया जाता है। रोटेशन सामान्य सापेक्षता में स्थानीय जियोडेसिक्स के सापेक्ष है, और चूंकि स्थानीय जियोडेसिक्स अंततः ब्रह्मांड में पदार्थ के वितरण से जानकारी को चैनल करता है, इसलिए इन सितारों के सापेक्ष पूर्ण रोटेशन प्रतीत होता है।

यह भी देखें

 * पूर्ण समय और स्थान
 * मच का सिद्धांत
 * फौकॉल्ट पेंडुलम