Der Tennisschlägereffekt, oder auch Dzhanibekov-Effekt, benannt nach seinem Entdecker, beschreibt die instabile Rotation eines Körpers um eine seiner drei Hauptachsen. Der besagte Körper muss über drei eindeutig identifizierbare Hauptdrehachsen verfügen. Rotation um zwei dieser Drehachsen, namentlich die mit dem höchsten und niedrigsten Trägheitsmoment, ist stabil. Rotation um die verbleibende Hauptachse ist instabil. Selbst eine geringe Störung sorgt dafür, das das Objekt ausschlägt.

Ein wunderbares Beispiel ist die Rotation dieses T-Stücks an Bord der Internationalen Raumstation:

Was für Gegenstände sind gemeint?

Als nächstes füllen wir die Aussage aus dem ersten Absatz mit etwas Leben. Verallgemeinert sind generell alle Körper gemeint, deren drei Hauptträgheitsachsen unterschiedlich lang sind. Rotiert ein Gegenstand um eine seiner Hauptträgheitsachsen, dann wirkt die Drehung gleichmäßig. Das Objekt taumelt nicht. Der namensgebende Tennisschläger ist ein solches Beispiel.

Was bedeutet stabile Rotation?

Bei einer idealen Drehung um eine der Hauptachsen würde ein solches Objekt nicht Taumeln, die Rotation wäre perfekt gleichmäßig. Aber die Welt ist nun mal nicht ideal. Es ist praktisch unmöglich ein Objekt genau um eine seiner Hauptachsen rotieren zu lassen. Ein kleiner Luftzug, eine Ungleichmäßigkeit beim Anstoßen oder irgendeine andere kleine Störung kann einen rotierenden Gegenstand aus der idealen Drehung werfen.

Die Unterscheidung zwischen einer stabilen und einer instabilen Rotation beruht darauf, wie ein entsprechender rotierender Gegenstand auf eine solche Störung reagiert. Umgangssprachlich gesagt fängt sich eine stabile Rotation wieder. Nach einer kleinen Störung beginnt das Objekt nicht sofort an unkontrolliert zu taumeln, sondern stabilisiert sich wieder. Bei einer instabilen Rotation ist das Gegenteil der Fall. Eine kleine Störung genügt und das Objekt beginnt zu taumeln.

Wieder salopp gesagt bevorzugt das Objekt die Rotation um eine der beiden anderen Achsen. Das ist auch der Grund, warum das T-Stück am Anfang ständig die Drehrichtung wechselt.

Handyswerfen auf eigene Gefahr

Neben dem Tennisschläger lässt sich das Phänomen auch sehr einfach mit anderen Gegenständen demonstrieren. Einen davon habt ihr wahrscheinlich im Moment griffbereit, euer Smartphone. Wenn ihr nicht euer Handy durch die Gegend werfen wollt, dann tun es alle Gegenstände, die Box ähnlich sind und klar unterschiedliche Höhe, Breite und Tiefe haben. Also zum Beispiel Bücher oder Fernbedienungen. Flaschen oder Würfel funktionieren nicht.


The Twisting Tennis Racket

Nerdist

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Physics Girl