Para citar RPFeynman, “los giroscopios son maravillosos pero no mágicos”.
Un giroscopio (del griego antiguo γῦρος gûros , “círculo” y σκοπέω skopéō , “mirar”) es un dispositivo utilizado para medir o mantener la orientación y la velocidad angular.
El giroscopio se basa en el principio de conservación del momento angular.
Consideremos la rueda giratoria como se muestra en la figura anterior pivotada en el punto mostrado O. Cuando un par gravitacional (mg × a) actúa sobre un eje (eje de par) perpendicular al eje de giro, comienza el precesado (rotativo) sobre un tercer eje (eje de precesión) que es perpendicular a ambos ejes mencionados anteriormente.
A partir de las matemáticas básicas, podemos encontrar la tasa de precesión para un par dado usando eqn
Tasa de precesión = Par aplicado / (Velocidad angular × Momento de inercia de la rueda sobre el eje de giro)
Pero eso es solo matemáticas …
Queremos una sensación intuitiva para este dispositivo contraintuitivo.
Consideremos un satélite que gira en una órbita.
Puede ver en la imagen que la velocidad del satélite representada por la flecha púrpura es tangencial a la trayectoria orbital en cualquier punto dado.
Ahora apliquemos la fuerza perpendicular al plano de la órbita en el satélite como se muestra en la figura a continuación.
Esta fuerza da un componente de velocidad vertical al satélite, por lo que el resultado se parece a la flecha púrpura que se muestra en la siguiente figura y la nueva órbita se convierte en un círculo de color azul a lo largo del cual apunta el vector de velocidad.
Observe que es como si el efecto de la fuerza tuviera lugar 90 grados hacia adelante en la dirección de rotación.
Nuestra intuición habría dicho que la órbita se parecería a la órbita verde que se muestra en la figura a continuación
Pero ese no es el caso como muestra el razonamiento científico.
Consideremos una rueda de bicicleta colgada con la ayuda de una cuerda como se muestra en la figura a continuación
Podemos considerar que esta rueda está formada por muchos satélites redondos pequeños. (Espero que la analogía no sea tan mala …)
Ahora que la rueda tiene masa , un par debido a la gravedad actúa sobre ella en la dirección que se muestra en la siguiente figura
Estas fuerzas se pueden considerar actuando en la parte superior e inferior de la rueda como se muestra debajo
Ahora supongamos que la rueda comienza a girar en sentido antihorario. Entonces las fuerzas ahora actúan 90 grados hacia adelante en la dirección de rotación,
inclinar los lados de la rueda como se muestra en la línea verde que representa el nuevo plano de la rueda (similar al caso del satélite)
La línea roja representa el plano inicial de giro.
Si se aplica un par continuo, seguirá haciéndolo, es decir, seguirá inclinándose hacia los lados desde su posición actual, lo que provocará una precesión (rotación alrededor del pivote) en sentido antihorario.
Fuentes:
Vsauce
Matthias Wandel
El Scitech de Hue
Veritasium
