Giroscópio: Precessão

A precessão pode ser demonstrada de forma eficiente por meio de um pião. Se um pião for colocado em uma superfície plana, perto da superfície da Terra, em um ângulo vertical, e não estiver girando, ele cairá devido à força da gravidade produzir um torque que age em seu centro de massa. No entanto, se o pião estiver girando em seu eixo, ele precessa em torno da direção vertical, em vez de tombar devido a esse torque. O movimento de precessão é uma combinação de um movimento circular constante do eixo e o movimento de rotação do pião em torno do eixo. O torque produzido devido ao pião em rotação é perpendicular ao momento angular; assim, a direção do torque muda, mas sua magnitude não. O pião precessa em torno de um eixo vertical, pois o torque é sempre horizontal e perpendicular ao momento angular. Se o pião não estiver girando, ele adquire momento angular na direção do torque e gira em torno de um eixo horizontal, caindo exatamente como esperado.

O conceito de precessão pode ser observado em bicicletas; é fácil para uma bicicleta tombar quando está parada. No entanto, ao andar de bicicleta em um ritmo adequado, derrubar a bicicleta envolve mudar o vetor do momento angular das rodas em rotação. Outra maneira de demonstrarmos isso é se colocarmos um disco giratório em uma caixa, como um aparelho de DVD. Embora seja fácil mover a caixa em uma direção específica, é difícil girá-la em torno de um eixo perpendicular ao eixo do disco giratório. Isso ocorre porque o torque aplicado à caixa está fazendo com que o vetor do momento angular do disco giratório precesse. A velocidade angular de precessão adiciona um pequeno componente ao momento angular ao longo do eixo z, visível na forma de um movimento oscilante conforme o giroscópio sofre precessão, chamado de nutação.

A Terra atua como um giroscópio gigantesco; seu momento angular está ao longo de seu eixo e atualmente aponta para Polaris, a Estrela do Norte. No entanto, a Terra está precessionando lentamente (aproximadamente uma vez a cada 26.000 anos) devido ao torque do Sol e da Lua atuando em sua forma não esférica.

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