Giroscopio: Precesión

La precesión puede ser demostrada de manera efectiva a través de una peonza. Si se coloca una peonza sobre una superficie plana cerca de la superficie de la Tierra con un ángulo vertical y no está girando, caerá debido a la fuerza de la gravedad que produce un par el esfuerzo de torsión sobre su centro de masa. Sin embargo, si la peonza está girando sobre su eje, precesará alrededor de la dirección vertical en lugar de volcarse debido a este esfuerzo de torsión. El movimiento de precesión es una combinación de un movimiento circular constante del eje y el movimiento de giro de la peonza alrededor del eje. El esfuerzo de torsión producido debido a la peonza giratoria es perpendicular al momentum angular; por lo tanto, la dirección del esfuerzo de torsión cambia, pero su magnitud no lo hace. La peonza precesa alrededor de un eje vertical ya que el esfuerzo de torsión siempre es horizontal y perpendicular al momentum angular. Si la peonza no está girando, adquiere momentum angular en la dirección del par de torsión y gira alrededor de un eje horizontal, volcándose tal como se esperaba.

El concepto de precesión se puede ver en las bicicletas; es fácil que una bicicleta se incline cuando está quieta. Sin embargo, al andar en bicicleta a una buena velocidad, inclinar la bicicleta implica cambiar el vector del momento angular de las ruedas giratorias. Otra forma de demostrar esto es si colocamos un disco giratorio en una caja, como un reproductor de DVD. Aunque es fácil trasladar la caja en una dirección dada, es difícil rotarla alrededor de un eje perpendicular al eje del disco giratorio. Esto se debe a que el esfuerzo de torsión aplicado a la caja está causando que el vector del momento angular del disco giratorio precese. La velocidad angular de precesión agrega una pequeña componente al momento angular a lo largo del eje z, que se ve en forma de un movimiento oscilante mientras el giroscopio precesa, conocido como inclinación.

La Tierra actúa como un giroscopio gigante; su momento angular está a lo largo de su eje y actualmente apunta hacia Polaris, la Estrella del Norte. Sin embargo, la Tierra está precesando lentamente (una vez cada aproximadamente 26,000 años) debido al par de torsión del Sol y la Luna actuando sobre su forma no esférica.

Este texto está adaptado de Openstax, University Physics Volume 1, Section 11.4: Precession of a Gyroscope.