Giróscopo

Animación en 3D de un giróscopo o giroscopio. Si el soporte de Cardano en el que está apoyado no tiene rozamiento apreciable, el giróscopo mantiene la orientación de su eje de rotación.

El giróscopo o giroscopio (Del griego "skopeein = ver" y "gyros = giro") es un dispositivo mecánico que sirve para medir, mantener o cambiar la orientación en el espacio de algún aparato o vehículo.

Está formado esencialmente por un cuerpo con simetría de rotación que gira alrededor del eje de dicha simetría. Cuando el giróscopo se somete a un momento de fuerza que tiende a cambiar la orientación de su eje de rotación, tiene un comportamiento aparentemente paradójico, ya que cambia de orientación (o experimenta un momento angular en todo caso, si está restringido) girando respecto de un tercer eje, perpendicular tanto a aquel respecto del cual se lo ha empujado a girar, como a su eje de rotación inicial. 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. El término giróscopo se aplica generalmente a objetos esféricos o en forma de disco montados sobre un eje, de forma que puedan girar libremente en cualquier dirección; estos instrumentos se emplean para demostrar las propiedades anteriores, para indicar movimientos en el espacio, o para producirlos.

Éste fenómeno físico, el efecto giroscópico, puede observarse fácil y cotidianamente en peonzas, o monedas lanzadas a rodar, por ejemplo, aunque por supuesto, cualquier objeto giratorio funciona en cierto modo, como giróscopo. El giro en vuelo impartido por el jugador a un balón de rugby, o el de una bala disparada desde un arma de ánima rayada para estabilizar su trayectoria son ejemplos de aplicación del efecto.

Historia y aplicaciones

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 ac., 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 y los materiales (arcilla, madera, plástico, metal, etc.) y la decoración. Por supuesto, conocer empíricamente su funcionamiento, el hecho de que al girar se mantiene en pie, no implica que se conociesen las causas del fenómeno, ni poder calcular la magnitud y los factores que influyen en el efecto, con lo que las aplicaciones más potentes no fueron evidentes hasta mucho más tarde, concluida la revolución científica y hacia el final de la Revolución Industrial.

Réplica del giroscopio inventado por Foucault en 1852, construida por Dumoulin-Froment para la exposición universal de 1867. Conservatorio Nacional de Artes y Oficios, París.

Al parecer, uno de los primeros intentos conocidos de aplicación de las propiedades de la peonza fue el "espejillo giratorio" de John Serson, un capitán inglés. En 1743, inventó una especie de peonza que serviría para localizar el horizonte en alta mar, en condiciones de visibilidad reducida, gracias a su estabilidad dinámica. Sería un precursor muy rudimentario del horizonte artificial moderno, aunque no parece haber tenido gran impacto.

A quien se atribuye el descubrimiento del efecto giroscópico y la construcción del primer instrumento parecido al giróscopo moderno es al astrónomo alemán Johann Bohnenberger, quien en 1817 escribió acerca del tema en un escrito titulado "Descripción de una máquina para la explicación de las leyes de rotación de la Tierra en torno a su eje, y del cambio de orientación del mismo". Llamó a su aparato, una esfera rotatoria pesada, "la máquina".[3]

El giróscopo como tal fue inventado, con ése mismo nombre, en 1852 por Foucault, 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 la velocidad de rotación del péndulo era más lenta que la velocidad de rotación de la Tierra por un factor , donde representa la latitud en que se localiza el péndulo. Se necesitaba otro aparato para demostrar la rotación de la Tierra de forma más simple.

Giróscopo direccional moderno, como los empleados en aviones, misiles y torpedos, fabricado por la corporación Sperry Co. Éste en concreto pertenece a un avión.

Foucault presentó así un aparato capaz de conservar una rotación suficientemente rápida (150 a 200 vueltas por minuto) durante un tiempo suficiente (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 del girocompás, una brújula giroscópica.


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 las desviaciones sobre la marcha, hasta cierto punto. 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). En éste campo últimamente comienzan a sustituirse por giróscopos de fibra óptica, y en muchas aplicaciones industriales y cotidianas, como la tableta o el teléfono inteligente se utilizan giróscopos del tipo "MEMS" (Micro Electro Mechanical System), "SMEM" en español, con menor tamaño y peso, y mayor precisión y sencillez, que sólo comparten la función con el giróscopo mecánico, no el efecto giroscópico como principio operativo.

También se utilizan giróscopos mecánicos para disminuir el balanceo de navíos y para estabilizar plataformas de tiro.

Cuando se empuja el lado derecho hacia abajo, este, en lugar de bajar, se mueve hacia el observador.
Cuando se da un golpecito en la extremidad de la barra horizontal se comunica a las masas una velocidad horizontal perpendicular a sus velocidades tangenciales. Vista desde arriba del dibujo de izquierda. Las velocidades de la masa de arriba están dibujadas en trazos continuos y las de la masa de abajo en punteado.
Other Languages
العربية: مدوار
azərbaycanca: Hiroskop
беларуская: Гіраскоп
български: Жироскоп
bosanski: Žiroskop
català: Giroscopi
čeština: Gyroskop
dansk: Gyroskop
Ελληνικά: Γυροσκόπιο
English: Gyroscope
Esperanto: Giroskopo
eesti: Güroskoop
فارسی: ژیروسکوپ
français: Gyroscope
Gaeilge: Gíreascóp
贛語: 陀螺儀
galego: Xiroscopio
עברית: גירוסקופ
हिन्दी: घूर्णदर्शी
hrvatski: Žiroskop
magyar: Giroszkóp
Հայերեն: Գիրոսկոպ
Bahasa Indonesia: Giroskop
íslenska: Snúður
italiano: Giroscopio
Patois: Jairoskuop
қазақша: Гироскоп
Latina: Gyroscopium
lietuvių: Giroskopas
latviešu: Žiroskops
Mirandés: Giroscópio
မြန်မာဘာသာ: ဂျိုင်ရိုစကုပ်
Nederlands: Gyroscoop
norsk nynorsk: Gyroskop
norsk bokmål: Gyroskop
polski: Żyroskop
Piemontèis: Giroscòpi
português: Giroscópio
română: Giroscop
русский: Гироскоп
Scots: Gyroscope
srpskohrvatski / српскохрватски: Žiroskop
Simple English: Gyroscope
slovenčina: Gyroskop
slovenščina: Žiroskop
српски / srpski: Жироскоп
svenska: Gyroskop
Türkçe: Jiroskop
українська: Гіроскоп
اردو: گردش نما
oʻzbekcha/ўзбекча: Giroskop
Tiếng Việt: Con quay hồi chuyển
中文: 陀螺儀
粵語: 陀螺儀