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Que es un Giroscopio y como Funciona

03 Feb, 2023
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Que es un Giroscopio y como Funciona

Los giroscopios pueden ser objetos muy desconcertantes porque se mueven de formas extrañas e incluso parecen no verse afectados por la gravedad. Estas propiedades especiales hacen que los giroscopios sean extremadamente importantes en todo, desde su bicicleta hasta los sistemas de navegación avanzados del transbordador espacial.

Un avión típico usa alrededor de una docena de giroscopios para todo, desde la brújula hasta el piloto automático. La estación espacial rusa Mir utiliza 11 giroscopios para mantenerse orientada hacia el sol, y el telescopio espacial Hubble también tiene una serie de giroscopios de navegación. ¡Los efectos giroscópicos también son esenciales para cosas como yo-yos y frisbees!

Precesión

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Haga clic aquí para descargar el video de movimiento completo de 30 segundos que muestra la precesión en acción. (1,7 MB)

Si alguna vez has jugado con giroscopios de juguete, sabes que pueden realizar todo tipo de trucos geniales. Pueden estar en equilibrio sobre una cuerda o sobre sus dedos; pueden resistir el movimiento alrededor de su eje de rotación de formas muy extrañas; pero el efecto más interesante se llama precesión. Esta es la parte antigravedad del giroscopio. El siguiente vídeo te muestra el efecto de la precesión utilizando una rueda de bicicleta como giroscopio:

La parte más sorprendente del video, y lo que es sorprendente del giroscopio, es la parte en la que la rueda del giroscopio de la bicicleta puede colgar en el aire de esta manera:

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¡La capacidad de un giroscopio para «desafiar la gravedad» es desconcertante!

Como puedes hacer eso

Este misterioso efecto es la precesión. En general, la precesión funciona así: si tiene un giroscopio giratorio e intenta rotar su eje de rotación, el giroscopio intentará rotar alrededor de un eje en ángulo recto con su eje de fuerza, así:

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En la figura 1, el giroscopio gira sobre su eje. En la figura 2, se aplica una fuerza para tratar de girar el eje de giro. En la figura 3, el giroscopio reacciona a la fuerza de entrada a lo largo de un eje perpendicular a la fuerza de entrada.

Entonces, ¿por qué ocurre la precesión?

La causa de la precesión

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A medida que se aplican fuerzas al eje, los dos puntos identificados intentarán moverse en las direcciones indicadas.

¿Por qué el giroscopio muestra este comportamiento? Parece absurdo que el eje de una rueda de bicicleta pueda colgar en el aire. Sin embargo, si considera lo que realmente sucede con las diferentes partes del giroscopio a medida que gira, verá que este comportamiento es completamente normal.

Veamos dos partes pequeñas, arriba y abajo, mientras gira el giroscopio, como se muestra a continuación:

Cuando se aplica una fuerza al eje, la parte superior del giroscopio intentará moverse hacia la izquierda, mientras que la parte inferior del giroscopio intentará moverse hacia la derecha, como se muestra. Si el giroscopio no gira, la rueda girará, como se muestra en el video de la página anterior.

Si el giroscopio está girando, piensa en lo que sucede con estas dos partes del giroscopio: la primera ley de movimiento de Newton establece que, a menos que haya una fuerza desequilibrada que actúe sobre el objeto en movimiento, continuará moviéndose en línea recta a una velocidad constante. Deportes. Entonces, el punto superior del giroscopio recibe la acción de la fuerza aplicada sobre el eje y comienza a moverse hacia la izquierda.

Debido a la primera ley de movimiento de Newton, continúa tratando de moverse hacia la izquierda, pero el giro del giroscopio hace que gire de la siguiente manera:

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A medida que los dos puntos giran, continúan su movimiento.

Este efecto es responsable de la precesión. ¡Diferentes partes del giroscopio reciben la fuerza en un punto y luego giran a una nueva posición!

Cuando la parte superior del giroscopio se gira 90 grados hacia los lados, continúa moviéndose hacia la izquierda. Lo mismo ocurre con la parte inferior: gire hacia un lado 90 grados, luego continúe hacia la derecha. Estas fuerzas hacen girar la rueda en la dirección de la precesión. A medida que los puntos identificados continúan girando 90 grados más, su movimiento original se cancela. Así que el eje del giroscopio cuelga en el aire y hace precesión.

Mirándolo de esta manera, la diferencia de edad no es misteriosa en absoluto, ¡y está completamente en línea con las leyes de la física!

Usos de los giroscopios

El resultado de todo esto es que una vez que giras el giroscopio, su eje quiere seguir apuntando en la misma dirección. Si monta el giroscopio en el cardán para que siga apuntando en la misma dirección, lo hará. Esta es la base de la brújula giroscópica.

Si monta dos giroscopios con sus ejes en ángulo recto entre sí en una plataforma y coloca esa plataforma dentro de un conjunto de cardanes, la plataforma permanecerá completamente rígida mientras los cardanes giran a su antojo. Esta es la base del Sistema de Navegación Inercial (INS).

En un INS, un sensor en el eje del cardán detecta cuando la plataforma está girando. El INS utiliza estas señales para comprender la rotación del vehículo en relación con la plataforma. Al agregar un conjunto de tres acelerómetros sensibles a la plataforma, puede determinar con precisión en qué dirección va el vehículo y cómo cambia su movimiento en las tres direcciones. Con esta información, el piloto automático del avión puede mantener el avión en su curso y el sistema de guía del cohete puede enviar el cohete a la órbita deseada.

Para obtener más información sobre los giroscopios y sus aplicaciones, consulte los enlaces en la página siguiente.

Preguntas frecuentes sobre giroscopios

¿Para qué sirve un giroscopio?

Los giroscopios están incorporados en las brújulas de barcos y aviones, el mecanismo de dirección de los torpedos y los sistemas de guía instalados en misiles balísticos y satélites en órbita, entre otros lugares.

¿Por qué los giroscopios desafían la gravedad?

Puede parecer que desafían la gravedad, pero no lo hacen. Ese efecto se debe a la conservación del momento angular.

¿Qué es el efecto giroscópico?

Este efecto se refiere a la forma en que un objeto giratorio quiere mantener el eje de su rotación.

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