Cómo Funciona un Giroscopio

Los giroscopios a menudo parecen desafiar las leyes de la física. Sin embargo, estos dispositivos en realidad sirven como ejemplos perfectos de varias leyes de la Física y desempeñan roles importantes en algunos de los avances más grandes de la tecnología. Vamos a ver cómo funciona un giroscopio.

Los giróscopos son cosas geniales. A primera vista, son objetos bastante extraños que se mueven de maneras peculiares y también parecen "desafiar" a la gravedad en sí misma. Las propiedades muy especiales de estos dispositivos los han hecho invaluables para la navegación, entre otras cosas.

Los encontrarás en aviones, estaciones espaciales y cualquier cosa que gire y tenga movimiento. Es ese fenómeno lo que hace que los giroscopios sean tan fascinantes. Un avión típico tendrá una gran variedad de ellos, incluida la brújula de suma importancia para un avión. La Estación Espacial Mir en realidad usa 11 de ellos para mantenerla orientada en relación con el sol, además el telescopio Hubble también tiene un lote de ellos.

¿Qué son los giroscopios?

Un giroscopio es un dispositivo que consiste en una rueda o disco montado de manera que puede girar rápidamente alrededor de un eje que está libre de alterar su dirección. La orientación del eje no se ve afectada por la inclinación del montaje.

Los giroscopios, en su forma más básica, son una rueda o disco giratorio en un eje. También se montarán ejemplos más complejos en un marco de metal, o un conjunto de marcos o cardanes móviles para aumentar la precisión del aparato.

Aunque parecen objetos simples en la superficie, pueden realizar algunos trucos muy extraños. Cuando la rueda no gira, los giroscopios son pisapapeles con una ingeniería excesiva. Si intentas levantar uno, simplemente se caerá, obviamente.

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¿Pero por qué pensamos que pueden "desafiar" a la gravedad? Haz girar la rueda y mira cómo sucede la "magia". Tal vez has jugado con giroscopios desde niño. Si es así, recordarás cómo pueden realizar muchos "trucos" interesantes. Puedes equilibrar uno en una cuerda o tu dedo mientras está "activado", por ejemplo.

Otra propiedad notable de ellos, si alguna vez has tenido uno, es que tratará de resistirse a moverse de su posición. Incluso puedes inclinarlo en un ángulo cuando está suspendido de un soporte, y parecerá que "levita" aunque "orbitando" el soporte. Aún más impresionante, puedes levantar un giroscopio con un trozo de cuerda alrededor de un extremo.

Trucos con un Giróscopo.

¿Cómo funciona un giroscopio?

Cómo funciona un giroscopio. La explicación de este fenómeno es difícil de entender intuitivamente. Su capacidad para desafiar aparentemente la gravedad es un producto del momento angular, influenciado por el torque en un disco, como la gravedad, para producir una precesión del disco o rueda giratoria.

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La física involucrada en los giroscopios puede ser muy difícil de comprender a veces e incluso puede parecer tan increíble. A pesar de desafiar la gravedad, también desafía nuestra intuición. La física subyacente es bastante simple. Aquí hay una manera intuitiva de entender cómo funcionan los giroscopios.

Para comprender el funcionamiento de un giroscopio, es posible que necesitemos repasar un poco el momento angular, que en su mayoría es contra – intuitivo de visualizar. No temas, es bastante fácil de comprender una vez que superas la parte difícil. Haremos nuestro mejor esfuerzo para describirlo de una manera intuitiva.

La dirección del momento angular cambia en cada instancia a medida que el objeto gira. Para una masa distribuida como una rueda, el momento de inercia entra en juego y podemos visualizar esto mucho mejor. Considérate como un punto en algún lugar del borde exterior, ahora, cuando observas el eje, puedes determinar en qué dirección está girando. Podríamos decir que está girando en sentido contrario a las agujas del reloj o en el sentido de las agujas del reloj.

¿Cómo podemos aprender esto de una manera sencilla? Los humanos acordamos una regla para representar esto de una manera más simple, y la llamamos la regla de la mano derecha. Riza tu mano en la dirección de la rotación, si el giro es en sentido contrario a las agujas del reloj, entonces la dirección de tu pulgar apuntaría hacia arriba y viceversa.

La regla de la mano derecha.

Los científicos tienden a usar lo que se llama la "regla de la mano derecha" para visualizar esto.

Para hacer esto, toma tu mano derecha y haz un ángulo recto. Luego puedes estirar los dedos a lo largo del radio de la rueda. Si doblas el extremo de tus dedos en la dirección del giro, tu pulgar apuntará en la dirección del momento angular. Básicamente, el eje de la rueda será la dirección a la que la rueda giratoria "quiere" moverse.

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Ahora, con una visión clara del momento angular, hablemos de un fenómeno práctico observado con el giroscopio y descubramos por qué parece desafiar la gravedad.

La principal razón por la que parecen desafiar a la gravedad es el par efectivo aplicado al disco giratorio en su vector de momento angular. La influencia de la gravedad en el plano del disco giratorio hace que el eje de rotación se "desvíe". Esto hace que todo el eje de rotación encuentre un "punto medio" entre la influencia de la gravedad y su propio vector de momento angular.

Ahora, recuerda que el aparato del giroscopio está evitando que "caiga" hacia el centro de gravedad por algo que se interpone, como su mano, el marco / cardanes o una mesa, por ejemplo.

Una imagen, o un buen video, valen más que mil palabras, por lo que delegaremos una explicación más detallada en el siguiente video:

Cómo Funciona un Giroscopio.

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Efecto de Precesión.

Un gran efecto práctico de esto se puede observar en los controles cíclicos del helicóptero, que en su mayoría se encuentran en la fase de noventa grados.

La Tierra es en realidad un gran ejemplo de precesión. Como saben, el eje de rotación de la Tierra se encuentra realmente en un ángulo desde la vertical que, debido a su ángulo, traza un círculo a medida que gira el propio eje de rotación. La razón de la inclinación "extraña" de la Tierra es lo suficientemente interesante.

Este efecto se mejora cuanto más rápido gira el disco o la rueda, como predice la Segunda Ley de Newton. Esto parece bastante obvio para cualquier persona con un conocimiento básico de la física.

Aplicaciones de los giroscopios.

Las interesantes propiedades de los giroscopios han proporcionado a los científicos e ingenieros algunas aplicaciones fascinantes. Su capacidad para mantener una orientación particular en el espacio es fantástica para algunas aplicaciones.

En los aviones modernos, los sistemas de guía inercial hacen buen uso de estos dispositivos relativamente simples. Tienen un conjunto de giroscopios giratorios para monitorear y controlar la orientación de la aeronave en vuelo. Los giroscopios giratorios se mantienen en jaulas especiales que mantienen su orientación independientemente del avión en el espacio.

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Las jaulas de los giroscopios tienen contactos eléctricos y sensores que pueden transmitir información al piloto cada vez que el avión rueda o se desplaza. Esto permite que los sistemas piloto y de guía "conozcan" la orientación relativa actual de los planos en el espacio.

El Mars Rover incluso tiene un conjunto de ellos. Proporcionan estabilidad al Rover y ayuda con la navegación. También tienen aplicaciones en aviones no tripulados y helicópteros al proporcionar estabilidad y ayudar con la navegación. A pesar de su simplicidad en el diseño, se han convertido en piezas esenciales del kit para cualquier cosa, desde un barco oceánico hasta el Transbordador espacial y, por supuesto, helicópteros.

Conclusión

En general, los giroscopios son bastante increíbles, incluso si no te das cuenta de que un dispositivo los incorpora. Es increíble pensar que un dispositivo tan simple puede realizar trucos tan interesantes y "misteriosos". A pesar de su simplicidad, tienen propiedades fantásticas que los científicos e ingenieros han explotado para hacer que nuestro mundo sea un poco mejor. Sin los giroscopios, nuestro mundo moderno sería irreconocible.

Si este artículo "cómo funciona un giroscopio", ha despertado tu imaginación y deseas tu propio dispositivo, hay muchos minoristas en línea donde lo puedes conseguir. Suerte.