El paralelismo axial (también llamado rigidez , inercia o rigidez giroscópica , o " rigidez en el espacio ") es la característica de un cuerpo giratorio en la que la dirección del eje de rotación permanece fija a medida que el objeto se mueve a través del espacio . En astronomía , esta característica se encuentra en los cuerpos astronómicos en órbita . Es el mismo efecto que hace que el eje de rotación de un giroscopio permanezca constante a medida que la Tierra gira, lo que permite que los dispositivos midan la rotación de la Tierra . [1]
La órbita de la Tierra, con su eje inclinado a 23,5 grados , exhibe un paralelismo axial aproximado, manteniendo su dirección hacia Polaris (la "Estrella del Norte") durante todo el año. Junto con la inclinación axial de la Tierra , esta es una de las razones principales de las estaciones de la Tierra , como lo ilustra el diagrama de la derecha. [2] [3] [4] [5] También es la razón por la que las estrellas aparecen fijas en el cielo nocturno , como una estrella polar "fija" , a lo largo de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. [6]
A lo largo de 26.000 años se produce una pequeña variación en la dirección del eje, conocida como precesión axial . Como resultado, durante los próximos 11.000 años el eje de la Tierra se moverá para apuntar hacia Vega en lugar de hacia Polaris. [7]
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El paralelismo axial se observa ampliamente en astronomía. Por ejemplo, el paralelismo axial del plano orbital de la Luna [8] es un factor clave en el fenómeno de los eclipses . El eje orbital de la Luna precesa un círculo completo durante el ciclo Saros de 18 años y 10 días . Cuando la inclinación orbital de la Luna está alineada con la inclinación de la eclíptica, está a 29 grados de la eclíptica, mientras que cuando están antialineadas (9 años después), la inclinación orbital es de solo 18 grados.
Además, los anillos de Saturno permanecen en una dirección fija mientras el planeta gira alrededor del Sol. [9]
Los primeros giroscopios se utilizaron para demostrar el principio, en particular el experimento del giroscopio de Foucault . [10] Antes de la invención del giroscopio, los científicos lo habían explicado de varias maneras. [9] El astrónomo moderno David Gregory , contemporáneo de Isaac Newton , escribió:
Para explicar el movimiento de los cuerpos celestes alrededor de sus propios ejes, dados en posición, y las revoluciones de éstos... Si se dice que un cuerpo se mueve alrededor de un eje dado, siendo en otros aspectos inmóvil, se supone que ese eje está inmóvil y que cada punto que lo rodea describe un círculo, a cuyo plano el eje es perpendicular. Y por esa razón, si un cuerpo se mueve a lo largo de una línea y al mismo tiempo se hace girar alrededor de un eje dado, el eje, durante todo el tiempo del movimiento del cuerpo, continuará paralelo a sí mismo. Y no se requiere nada más para preservar este paralelismo, sino que no se imprima sobre el cuerpo ningún otro movimiento además de estos dos; porque si no hay otro tercer movimiento en él, su eje continuará siempre paralelo a la línea recta, a la que una vez fue paralelo. [11]
Este efecto giroscópico se describe en la actualidad como "rigidez giroscópica" o "rigidez en el espacio". La explicación mecánica newtoniana se conoce como la conservación del momento angular . [12]
Debido a la rigidez en el espacio, un giroscopio no inclina su eje de rotación a medida que gira la Tierra.
Aunque estas distancias parecen contraintuitivas para los residentes del hemisferio norte que experimentan el verano en julio y el invierno en enero, las estaciones no se ven tan afectadas por la distancia como por los cambios en la iluminación solar causados por el hecho de que el eje polar de la Tierra está inclinado 23,5 grados con respecto a la perpendicular a la eclíptica (el plano del sistema solar a través del cual o cerca del cual viajan la mayoría de las órbitas del planeta) y porque la Tierra exhibe paralelismo (actualmente hacia Polaris, la Estrella del Norte) a medida que gira alrededor del Sol.
Durante la revolución alrededor del Sol, el eje polar de la Tierra exhibe paralelismo con Polaris (también conocida como la Estrella del Norte). Aunque se observa paralelismo, la orientación del eje polar de la Tierra exhibe precesión (un bamboleo circular exhibido por los giroscopios) que resulta en un ciclo de precesión de 28.000 años de duración. Actualmente, el eje polar de la Tierra apunta aproximadamente en la dirección de Polaris (la Estrella del Norte). Como resultado de la precesión, durante los próximos 11.000 años, el eje de la Tierra precesará o se tambaleará de modo que asumirá una orientación hacia la estrella Vega.
El eje de la Luna no es perpendicular al plano de su órbita, sino un poco inclinado hacia él: el eje mantiene su paralelismo en su movimiento alrededor de la Tierra.
el título de instrumentos de precesión, se han utilizado durante varios años varios aparatos que utilizan el principio del giroscopio para ilustrar la precesión de los equinoccios y el paralelismo del eje de la Tierra a medida que gira alrededor del Sol.