Giróscopo

Si está montado sobre un soporte de Cardano que minimiza cualquier momento angular externo, o si simplemente gira libre en el espacio, el giróscopo conserva la orientación de su eje de rotación ante fuerzas externas que tiendan a desviarlo mejor que un objeto no giratorio; se desvía mucho menos, y en una dirección diferente.

Presenta, por tanto, dos propiedades fundamentales: la inercia giroscópica o "rigidez en el espacio" 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 se manifiestan a todos los cuerpos en rotación, incluida la Tierra.

La peonza o trompo es seguramente el elemento cultural más viejo y sencillo que ilustra de forma clara el efecto giroscópico en funcionamiento.

En sus diversas formas se conoce desde muy antiguo, con restos y referencias pictóricas o epigráficas que datan al menos desde el primer milenio a. C. en Mesopotamia, aunque seguramente sea muy anterior.

Hay evidencias de su uso temprano en la Antigua Roma, en Grecia, China, India y muchos otros lugares.

Permanece en esencia un juguete inalterado, variando ligeramente la forma, los materiales (arcilla, madera, plástico, metal, etc.) y la decoración.

Sería un precursor muy rudimentario del horizonte artificial moderno, aunque no parece haber tenido gran impacto.

[1]​ El matemático francés Siméon Denis Poisson ya menciona[2]​ dicha máquina en 1813, en una memoria suya, y su compatriota y colega Pierre-Simon Laplace, trabajando por aquel entonces en la escuela politécnica de París, recomendó su uso en la enseñanza, como ayuda didáctica.

Foucault presentó así un aparato capaz de conservar una rotación suficientemente rápida (150 a 200 vueltas por segundo) durante un tiempo suficiente (una decena de minutos) para que se pudiesen hacer medidas.

Foucault también se dio cuenta de que su aparato podía servir para indicar el Norte.

Otra de sus aplicaciones industriales iniciales fue servir como sistema de guía a los primeros torpedos, permitiendo programar una rudimentaria ruta a seguir antes del lanzamiento y corregir, hasta cierto punto, las desviaciones sobre la marcha.

En general se han empleado mucho para la navegación inercial en aviones, misiles y similares construidos antes de la aparición del GPS (aún son imprescindibles, pero ya no como único o principal sistema de guiado, sino para controlar con precisión la orientación).

Es una sensación muy sorprendente porque da la impresión de que el giróscopo no se comporta como un objeto «normal».

En el momento en que las masas pasan por la posición del dibujo se da un impulso hacia abajo en la extremidad libre de la T. La barra verde transmite ese impulso a las dos masas y le da a cada una, una pequeña velocidad horizontal

Ahora dividimos mentalmente el disco, sin detenerlo, en dos mitades: la más alejada de nosotros (la mitad del disco que no vemos, desde nuestra perspectiva) y la más cercana (la que vemos), y nos damos cuenta de que, en la parte más alejada del disco, el punto rojo viaja siempre hacia abajo y a la izquierda.

Por supuesto, no solo el punto rojo, toda la masa del disco sigue estas direcciones en cada mitad.

La componente vertical del movimiento (arriba o abajo) podemos ignorarla, porque ya existía antes de inclinar el eje, aunque era mayor.

Estos movimientos de masa con una componente horizontal, que aparecen al inclinar el eje, originan reacciones (3.ª Ley de Newton) opuestas a ellos, y por tanto el disco experimentará una fuerza hacia la derecha en su parte alejada, y hacia la izquierda en su parte cercana.

Es decir que nuestras manos, que sostienen el eje, al inclinarlo, subiendo la mano izquierda y bajando la derecha (además de notar la resistencia habitual de sentido opuesto a nuestro esfuerzo y que notaríamos aunque el disco no girase, 3.ª Ley de N), notarán una fuerza "extraña" que empuja hacia atrás nuestra mano derecha, y hacia delante la izquierda.

Esta fuerza, sorprendente y desconcertante para quien no conoce el fenómeno, es el efecto giroscópico.

Es por ese nuevo momento angular perpendicular al plano de rotación inicial por el que, si el giróscopo no está restringido en sus ejes de movimiento, al pretender girar dicho plano experimenta otra rotación (como reacción newtoniana a dicho momento) también en un tercer eje perpendicular al giro y a su eje de rotación inicial.

Cuando comienza a inclinarse, aparece el disco horizontal, al principio muy pequeño, en comparación con el vertical.

Es evidente que si las dos ruedas están acopladas en un único mecanismo, este experimentará un momento angular en el plano horizontal, contrario al sentido de giro del disco horizontal a medida que este crezca en tamaño (y por tanto en momento angular) para mantener la conservación del momento angular del mecanismo total.

Partiendo del reposo, todos los cuerpos conservan la orientación que tienen salvo cuando se les aplican momentos externos.

Cuando el momento se interrumpe, el objeto sigue girando con la velocidad angular que adquirió.

Pero, como ni el Sol ni la Luna están en el plano del ecuador terrestre, el momento producido por estos astros cambia periódicamente y el movimiento de nutación de la Tierra no se amortigua.

Se ha supuesto durante mucho tiempo que el efecto giroscópico era el único o el principal fenómeno físico relacionado con el equilibrio de las bicicletas y motocicletas, aunque ha sido varias veces refutado.

El experimento ha sido realizado[5]​ y se ha comprobado que la bicicleta es perfectamente estable sin efecto giroscópico neto.

En el dibujo está representada una bicicleta en movimiento con el manillar derecho e inclinada un poco hacia la izquierda.