Hoofdbanner

Het ronddraaien van een voorwerp, zoals een wiel, noemen we rotatie. Behalve de wielen van een fiets of een auto draait ook de aarde rond, in 24 uur rond haar as. Daarnaast draait de aarde in één jaar rond de zon. Dat zijn twee verschillende draaibewegingen, twee verschillende rotaties.

Het blijkt dat er tussen deze twee rotaties van de aarde een hoek van 23,5° zit. Specifieker: tussen de draaiing om de aardas en het eclipticavlak (het vlak waarin de aarde ronddraait rond de zon) is er een hoek van 23,5°. Dit verklaart het optreden van de seizoenen: in "onze" winter staat de zon op 23,5° afstand van de evenaar richting de Zuidpool, de Steenbokskeerkring, in "onze" zomer staat de zon 23,5° van de evenaar richting de Noordpool, de Kreeftskeerkring. 

            Aarde om zon
               De rondgang van de aarde om de zon

Door dit verschil ontstaat er een nieuwe draaiing, loodrecht op de rotatie van de aarde. Dit noemen we de precessie van de aarde. Overigens merken we hier niet veel van, één rondgang duurt 26.000 jaar.
Wat is precessie precies? Precessie is het veranderen van de richting van de draaiingsas van een draaiend voorwerp onder invloed van uitwendige krachten. Dat klinkt vrij abstract. Aan de hand van een tol kun je beter zien wat precessie is.       
Als je een tol rechtop zet, zal de tol omvallen. Want de zwaartekracht trekt aan de tol. Maar wanneer je de tol laat draaien, valt de tol niet om! (Idem als je fietst, door vooruit te gaan val je minder snel om dan wanneer je stilstaat). 
Dit komt doordat de zwaartekracht zich steeds naar een ander punt verplaatst. Dit zorgt voor een tegenwerkende kracht, door de zogenaamde traagheid van de massa. Het gevolg is dat de tol rechtop blijft staan, zolang hij maar snel genoeg ronddraait. Toch zie je dat de tol, behalve de ronddraaiende beweging, steeds verder uit zijn evenwichtspunt raakt. 

                          tol en aarde
                          Draaiing tol en draaiing aarde

Dit draaien om het evenwichtspunt heet precessie.
Hetzelfde kun je met een muntstuk doen. Bij snel rondraaien staat het muntstuk bijna rechtop, is er bijna geen precessiehoek. Draait het muntstuk langzamer rond, dan wordt de precessiehoek snel groter en zal het uiteindelijk plat op de grond stilvallen.
Precessie is de draaiing om de verticale as van draaiing.

Er is nog een derde richting van draaiing mogelijk. Deze heet nutatie. Dit is de draaiing om de horizontale as van draaiing. Deze beweging is nog minder zichtbaar dan de precessie. Het vraagt een krachtmoment loodrecht werkend op het vlak van draaiing ten gevolge van precessie. 
Ook de aarde heeft een nutatie. Deze is echter zo klein (een paar boogseconden) dat we hier niets van merken.           

               rotatie precessie nutatie
  Rotatie (R), precessie (P) en nutatie (N) van de aarde

Een practicum dat we op de universiteit doen voor eerstejaars natuur- en sterrenkunde is de precessie van het fietswiel.

                  fietswiel

      Opgehangen fietswiel aan uiteinde van zijn as


Een fietswiel wordt aan het uiteinde van zijn as opgehangen. Door het krachtmoment (zwaartekracht x arm) zal er precessie optreden. Er treedt dus een tweede soort van draaiing op, om de verticale as. Je kunt de hoeksnelheid van de rotatie meten (= via het aantal rondjes dat het wiel ronddraait) en de hoeksnelheid van de precessie (= via het aantal rondjes om de verticale as). Deze schelen in het begin een factor 10. Wanneer de rotatiesnelheid afneemt, zal het wiel op een bepaald moment vreemd gaan "wiebelen'. Rotatie en precessie verstoren elkaar. Apart om te zien. Natuurkundig goed te verklaren.
Er zijn formules voor het verband tussen traagheid, hoeksnelheid en impulsmoment (ook wel draai-impuls geheten). Je zit dan midden in de klassieke mechanica. Op universitair niveau, dat wel. Je kunt er van alles mee uitrekenen, bijvoorbeeld de traagheid van het fietswiel. Mooie natuurkunde.