Giroscopi

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca
Giroscopi en moviment

El giroscopi (del grec "skopeein= veure" i "gyros= gir") és un dispositiu mecànic que serveix per mesurar, mantenir o canviar l'orientació en l'espai d'algún aparell o vehícle.

Està format essencialment per un cos amb simetria de rotació que gira al voltant del seu eix de simetria. Quan el giroscopi és sotmès a un toc que tendeix a canviar l'orientació de l'eix de rotació, el seu comportament és aparentment paradoxal, ja que l'eix de rotació, en lloc de canviar de direcció com ho faria un cos que no girés, canvia d'orientació en una direcció perpendicular a la direcció "intuïtiva". Si està muntat sobre un suport de Cardano que minimitza qualsevol moment angular extern, o simplement gira lliure en l'espai, el giroscopi conserva l'orientació del seu eix de rotació davant forces externes que tendeixen a desviar-lo millor que un objecte no giratori; es desvía molt menys, y en una direcció diferent.

Presenta, per tant, dues propietats fonamentals: la inèrcia giroscòpica o "rigidesa en l'espai" i la precessió, que és la inclinació de l'eix en angle recte davant de qualsevol forca que tendeixi a canviar el pla de rotació. Aquestes propietats es manifesten en tots els cossos de rotació, inclosa la Terra. El terme giroscopi s'aplica generalment a objectes esfèrics o en forma de disc muntats sobre un eix, de manera que puguin girar lliurement en qualsevol direcció. Aquests instruments s'utilitzen per demostrar les propietats anteriors, per indicar moviments en l'espai o per a produir-los.

Aquest fenomen físic, l'efecte giroscopi, pot observar-se fàcilment i quotidianament amb les baldufes o amb monedes llançades per girar, per exemple, tot i que per suposat, qualsevol objecte giratori funciona de certa manera com un giroscopi. El gir al vol impartit pel jugador a una pilota de rugby, o el d'una bala disparada des d'una arma amb l'ànima rallada per estabilitzar la seva trajectòria són exemples de l'aplicació de l'efecte.

El giroscopi fou inventat el 1852 per Léon Foucault, que demostrà la rotació de la Terra amb el seu famós experiment del pèndol de Foucault. No obstant això, no comprenia per què la velocitat de rotació del pèndol era més lenta que la velocitat de rotació de la Terra per un factor sin (latitud). Era necessari un altre aparell per a demostrar la rotació de la Terra de manera més simple. Foucault presentà així un aparell capaç de conservar una rotació suficientment ràpida (150-200 voltes per minut) durant temps suficient (10 minuts), per tal que es pogués mesurar. El col·laborador de Foucault, Froment, també hi ajudà de manera decisiva.

Foucault s'adonà que el giroscopi podia servir per a indicar el nord. En efecte, si s'impedeixen certs moviments del suport de l'aparell, aquest es posa en línia amb el meridià. Això permeté la invenció del girocompàs.

Descripció de l'efecte giroscòpic[modifica]

Gyroscope-9-3.svg

Suposem que hi ha un giroscopi format per un disc muntat sobre un eix horitzontal, al voltant del qual el disc gira lliurement a gran velocitat (com s'observa a la figura de la dreta). Un observador manté l'eix del fons amb la mà esquerra i l'eix de davant amb la mà dreta. Si l'observador tracta de girar l'eix cap a la dreta (baixant la mà dreta i pujant la mà esquerra) sentirà un comportament molt curiós ja que el giroscopi empeny la seva mà dreta y estira de la seva mà esquerra. L'observador acaba de sentir l'efecte giroscòpic. És una sensació sorprenent perquè fa la impressió de que el giroscopi no es comporta com un objecte normal.

Descripció detallada de l'efecte[modifica]

Gyroscope-9-4.png

Sigui l'objecte dibuixat a la imatge de la dreta format per dos masses (color negre) de petites dimensions subjectes per una barra (color verd) en forma de T de massa menyspreable i total rigidesa que té el centre fixat en un suport mitjançant una ròtula que permet que la barra en forma de T giri lliurement al voltant de qualsevol eix.

Les masses giren ràpidament al voltant del punt fix amb una velocitat tangencial (Vt) en el moment en què les masses passen per la posició del dibuix es dóna un impuls cap avall a l'extremitat lliure de la T. La barra verda transmet aquest impuls a les dues masses i dona a cadascuna una petita velocitat horitzontal (AV) perpendicular a la seva velocitat actual. Cap a la dreta a la massa de dalt i cap a l'esquerra a la massa de baix, és a dir, la barra gira una miqueta respecte l'eix longitudinal.

En aquest dibuix de la dreta apareixen les dues masses vistes des de dalt. Les velocitats comunicades per l'impuls se sumen a les velocitats que ja tenien les masses. La conseqüència immediata és que la velocitat de la massa de dalt es desvia lleugerament cap a la dreta i la de baix es desvia cap a l'esquerra. Sorprenentment, el resultat final és que el pla de rotació de les dos masses ha girat (apart de respecte d'eix longitudinal, també respecte de l'eix vertical) o, dit d'una altre manera, l'eix de rotació de les dues masses ha girat respecte dos eixos, i no només respecte del que intentàvem fer-lo girar.

En un giroscopi no es tracta de dues masses puntuals sinó que les masses distribuïdes sobre tot el disc o el cilindre, però això no canvia el fons de l'explicació. I, quan, en lloc de donar-li impuls a un giroscopi se li aplica un moment, es pot considerar aquest moment com una successió de curts impulsos. Cada un d'ells afegeix a les masses una ínfima velocitat perpendicular a les seves velocitats. Això fa que la velocitat canvi de direcció sense canviar de mòdul.

Vegeu també[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a:Giroscopi