Rotace je kruhový pohyb objektu. V rovině se objekt otáčí kolem středu (nebo bodu ) otáčení . Ve 3D prostoru se objekt otáčí kolem čáry zvané osa . Pokud je osa rotace umístěna uvnitř těla, pak se říká, že se tělo otáčí samo o sobě nebo má rotaci , která má relativní rychlost a může mít moment hybnosti . Kruhový pohyb vzhledem k vnějšímu bodu, jako je rotace Země kolem Slunce , se nazývá orbitální pohybnebo přesněji, orbitální rotace .
Slovo rotace, stejně jako slovo pohyb, má v matematice dva významy. Za prvé, kontinuální proces přemísťování se nazývá pohyb, a za druhé, a mnohem častěji, v matematice se izometrická transformace nazývá pohyb , přičemž se zajímá pouze o počáteční a konečné polohy. V souladu s tím může slovo "rotace" také označovat jak kontinuální proces, tak izometrickou transformaci. V druhém případě se častěji používá termín „ otočka “.
Matematicky je rotace takový pohyb absolutně tuhého tělesa , které na rozdíl od translace udržuje jeden nebo více bodů nehybných. Tato definice platí pro plochý i trojrozměrný prostor. Rotace v trojrozměrném prostoru udržuje linii pevnou, to znamená, že v trojrozměrném prostoru dochází k rotaci kolem osy. To je důsledek Eulerovy věty o rotaci .
Kompletní sada pohybů tuhého tělesa zahrnuje rotaci, translaci nebo kombinaci obou.
Pokud je rotace kolem bodu nebo osy superponována druhou rotací kolem stejného bodu/osy, výsledkem je třetí celková rotace. Opačná ( inverze ) rotace je také rotace. Všechny druhy rotací kolem bodu/osy tedy tvoří skupinu : skupinu rotací . Otáčení kolem bodu nebo osy a otáčení kolem jiného bodu/osy však může někdy vést k jinému pohybu, například k posunu.
Rotace kolem os x , y a z se nazývá hlavní rotace . Rotace kolem libovolné osy může být zvažována postupně z hlediska komponent: nejprve rotace kolem osy x , poté jako rotace kolem osy y a poté rotace kolem osy z . Jinými slovy, pro prostorovou rotaci lze rozložit na základní složky.
V dynamice letu se hlavní osy rotace nazývají sklon , vybočení a naklonění . Stejná terminologie se používá v počítačové grafice .
Rychlost otáčení je určena úhlovou frekvencí (rad/s), frekvencí ( ot./s , otáčky za minutu) nebo periodou (sekundy, dny atd.). Změna v čase úhlové frekvence je úhlové zrychlení (rad/s²). Tato změna je způsobena momentem síly . Poměr momentu síly k úhlovému zrychlení udává, jak obtížné je spustit, zastavit nebo změnit rotaci a nazývá se momentem setrvačnosti .
Vektor úhlové rychlosti popisuje směr otáčení. Podobně je vektorem i moment síly.
Podle pravidla pravé ruky odpovídá směr od pozorovatele rotaci ve směru hodinových ručiček a směr k pozorovateli odpovídá rotaci proti směru hodinových ručiček, jako šroub .
Rotace je jednoduše sekvenční radiální orientace ke společnému bodu. Společný bod se nachází na ose rotace, která je kolmá k rovině rotace. Pokud je osa rotace umístěna mimo tělo, pak se říká, že tělo je na oběžné dráze. Mezi „rotací“, „orbitálním pohybem“ a/nebo „rotací“ není žádný zásadní rozdíl. Rozdíl je jednoduše v umístění osy otáčení: buď je uvnitř rotujícího tělesa, nebo vně. Tento rozdíl lze demonstrovat u „tuhých“ i „netuhých“ těles.
V astronomii je rotace často pozorovaným jevem. Hvězdy , planety a podobná tělesa rotují kolem svých os. Rychlost rotace planet sluneční soustavy byla nejprve měřena vizuálním pozorováním. Rychlost rotace hvězd se měří pomocí Dopplerova posunu nebo sledováním aktivních oblastí na povrchu.
Tato rotace má odstředivé zrychlení v referenční soustavě na Zemi, což mírně kompenzuje gravitační sílu v blízkosti rovníku . Prvním efektem je, že hmotnost objektu je na rovníku o něco menší. A dalším efektem je, že Země je na pólech mírně deformována do tvaru sféroidu zploštělého.
Dalším důsledkem rotace planet je jev precese . Jako u gyroskopu je celkovým efektem mírné „kolébání“ v pohybu osy planet. V současnosti je sklon zemské osy k orbitální rovině ( rovina ekliptiky ) 23,45 stupňů, ale tento úhel se pomalu mění. (Viz také Předběžné rovnodennosti ).
Protože se orbitální pohyb často používá jako synonymum pro rotaci, v mnoha vědách, zejména v astronomii a příbuzných oborech, se orbitální pohyb používá, když se jedno těleso pohybuje kolem druhého, zatímco rotace se používá pro rotaci kolem osy. Satelity se točí kolem svých planet, planety se točí kolem svých hvězd (jako Země kolem Slunce) a hvězdy se pomalu točí kolem svých středů galaxií . Pohyb jednotlivých částí galaxií je složitý, ale obvykle zahrnuje prvky rotace.
Většina planet v naší sluneční soustavě , včetně Země , se otáčí kolem své osy ve stejném směru, v jakém obíhají kolem Slunce. Výjimkou jsou Venuše a Uran . Uran také rotuje téměř stejným směrem vzhledem ke své oběžné dráze. Současná hypotéza je, že Uran začal svou počáteční rotaci přesně ve stejné orientaci jako jeho oběžná dráha, ale poté utrpěl silný boční náraz na začátku své historie. Venuši si lze představit jako pomalu rotující dozadu (nebo „shora dolů“). Trpasličí planeta Pluto (dříve považovaná za planetu) má také anomální rotaci.
V letové dynamice jsou známy tři varianty rotace letadla: sklon , vybočení a natočení . Termín „rotace“ v letectví se také používá k označení stoupání (nos nahoru), zejména během stoupání po vzletu.
Mnoho zábavních jízd využívá rotaci. Ruské kolo má středovou horizontální osu a rovnoběžné s ní osy v každém koši, kolem kterých se rotace proti hlavní rotaci provádí působením gravitace nebo mechanického pohonu. Díky tomu zůstávají koše po celou dobu svislé (neotáčejí se). V tomto případě vektor posunutí každého koše popisuje kružnici. Karusel zajišťuje rotaci kolem svislé osy. Mnoho atrakcí poskytuje současnou rotaci kolem několika os. V otočném karuselu je rotace kolem svislé osy zajišťována motorem, zatímco rotace kolem vodorovné osy je způsobena dostředivou silou . Na horské dráze , když se otáčí kolem vodorovné osy, síla setrvačnosti udržuje lidi na jejich místě po dobu jedné nebo více otáček.
Spin hraje důležitou roli v mnoha sportech. Twisted hity topspin a backspin v tenise , roztočení fotbalového míče. Rotace koule jsou vlevo , vpravo , nahoře a dole , nazývané šrouby v kulečníku . Výstřel typu oblouk v baseballu a kriketu . V krasobruslení se točí sklony , biellmann , velbloud a další . Rakety na stolní tenis jsou vylepšeny tak, aby hráči mohli při úderu míček roztočit.