自由歳差運動とは、剛体が外力なしに、回転軸が慣性主軸を通らない回転運動をしているときの、回転軸が振れ回るような運動のことである。単に剛体の自由運動ということもある。外力により歳差運動をしていて、回転軸が慣性主軸からわずかにずれているような物体の場合、には章動となる。オイラーの運動方程式でトルク N を 0 として解くことで解析解が得られる。エネルギー保存則と角運動量保存則から、主慣性モーメントを formula_1としてであり、角速度ベクトルformula_2の先端は、上記２つの式で表される２つの楕円体が交差する線の上を動くことがわかる。formula_3の場合は円となり、初等的に表せる。一般の場合はヤコビの楕円関数で表される。剛体の運動は運動エネルギーによって定義される楕円体が慣性座標系において、ある平面状を転がる運動とみることもできる。詳しくはポワンソーの楕円体を参照のこと。地球の自由歳差運動は章動、ないし章動のうちの自由章動成分である。

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