El Giroscopio

EL GIROSCOPIO

I. Definición:
El giróscopo, o también llamado giroscopio, es un cuerpo en rotación que presenta dos propiedades fundamentales: nutación y la precesión, que es la inclinación del eje en ángulo recto ante cualquier fuerza que tienda a cambiar el plano de rotación. Estas propiedades son inherentes a todos los cuerpos en rotación, incluida la Tierra. El término giróscopo se aplicageneralmente a objetos esféricos o en forma de disco montados sobre un soporte cardánico, de forma que puedan girar libremente en cualquier dirección; estos instrumentos se emplean para demostrar las propiedades anteriores o para indicar movimientos en el espacio. A veces se denomina girostato a un giróscopo que sólo puede moverse en torno a un eje de giro. En casi todas sus aplicaciones prácticas,los giróscopos están restringidos o controlados de esta forma.

II. Referencias Históricas:
El giróscopo fue inventado en 1852 por Léon Foucault, quien también le dio el nombre, montando una masa rotatoria en un soporte de Cardano para un experimento de demostración de la rotación de la Tierra. La rotación ya había sido demostrada con el péndulo de Foucault. Sin embargo no comprendía por qué lavelocidad de rotación del péndulo era más lenta que la velocidad de rotación de la Tierra por un factorsinγ , donde γrepresenta la latitud en que se localiza el péndulo. Se necesitaba otro aparato para demostrar la rotación de la Tierra de forma más simple. Foucault presentó así un aparato capaz de conservar una rotación suficientemente rápida (150 a 200 vueltas por minuto) durante un tiemposuficiente (una decena de minutos) para que se pudiesen hacer medidas. Esta proeza mecánica (para la época) ilustra el talento de Foucault y su colaborador Froment en mecánica.
Foucault también se dio cuenta de que su aparato podía servir para indicar el Norte. En efecto, si se impiden ciertos movimientos del soporte del giróscopo, éste se alinea con el meridiano. Esto permitió la invención delgirocompás.
Los giróscopos se han utilizado en girocompases y giropilotos. Los giróscopos también se han utilizado para disminuir el balanceo de navíos, para estabilizar plataformas de tiro y para estabilizar plataformas inerciales sobre las cuales están fijados captadores de aceleración para la navegación inercial en aviones y misiles construidos antes de la aparición del GPS. El efecto giroscópico es labase del funcionamiento de los juguetes trompo o peonza.

III. Efecto Giroscópico:
Sea el objeto dibujado en la imagen de la derecha, formado por dos masas (en negro) de pequeñas dimensiones sujetas por una barra (en verde) en forma de T de masa despreciable y total rigidez. El centro de la T está fijado a un soporte por medio de una rótula que permite que la barra en T gire libremente alrededorde cualquier eje.
Las masas giran rápidamente alrededor del punto fijo con una velocidad tangencial∆T. En el momento cuando las masas pasan por la posición del dibujo se da un golpecito hacia abajo en la extremidad libre de la T. Ese golpecito es en realidad una fuerza aplicada durante un corto instante y se llama, en Física, un impulso. La barra verde transmite ese impulso a las dos masas y le daa cada una, una pequeña velocidad horizontal ∆V perpendicular a la velocidad actual. Hacia la derecha en la masa de arriba y hacia la izquierda en la masa de abajo.
En el dibujo de la derecha aparecen las dos masas vistas desde arriba. Las velocidades comunicadas por la impulsión se suman a las velocidades corrientes. El resultado es que la velocidad de la masa de arriba se desvía ligeramentehacia la derecha y la velocidad de la masa de abajo se desvía hacia la izquierda. Y el resultado final es que el plano de rotación de las dos masas ha girado un poco hacia la derecha. O, dicho de otra manera, el eje de rotación de las dos masas ha girado hacia la derecha.
En un giróscopo no se trata de dos masas puntuales sino de masas distribuidas sobre todo el disco o el cilindro, pero eso no...