Giroscopio: buscando siempre no perder la orientación

Hoy, en Factoría de Ingenieros, te mostramos qué es el giroscopio y en qué consiste el efecto giroscópico, así como sus aplicaciones.

Un dispositivo que, a día de hoy, se ha convertido en un elemento totalmente imprescindible en nuestros teléfonos móviles, entre otros muchos usos que tiene.

El otro día estaba viendo, como casi todos los domingos que hay competición, la carrera de MotoGP. Aunque no tenga el carnet de moto, me encanta este deporte y no me gusta perderme ni una sólo carrera (PD: espero que, como yo, seas de Valentino Rossi).

Ya seas un aficionado de MotoGP o no, estoy seguro que te has encontrado en la televisión algún vídeo de MotoGP como este:

¿Te has fijado en la gran inclinación que alcanza el piloto?

Pues bien, ésta es su inclinación real (que suele estar cerca de los 60º) y la cámara que lo graba permite apreciar la inclinación pues no se inclina de la misma forma que lo hace la moto.

Es una cámara giroscópica, y este detalle tan curioso me sirvió de inspiración para escribir un post sobre el efecto giroscópico y las aplicaciones que el giroscopio o giróscopo tiene en nuestro día a día.

¿Preparado para tu dosis semanal de ciencia?

¡Vamos allá!

¿Qué es el giroscopio o giróscopo? La explicación del efecto giroscópico

Seguro que, en algún momento de tu infancia, has lanzado una peonza y comprobado como daba vueltas y vueltas manteniendo el equilibrio en todo momento.

De la misma forma, seguro que también has colocado una moneda en posición vertical y le has dado un movimiento de rotación para ver cuánto tiempo era capaz de tenerse en pie.

Estas dos acciones que han sido tan cotidianas en nuestra infancia ponen de manifiesto la importancia del efecto giroscópico en nuestro día a día.

Y es que, aunque las aplicaciones del efecto giroscópico sean tan variadas y en ocasiones complejas, casi todo en el mundo de la ciencia surge a partir de la observación de situaciones simples de nuestro día a día.

Pues bien, para que tenga lugar el efecto giroscópico deben existir básicamente dos elementos:

• Un cuerpo u objeto que tenga simetría de rotación, como puede ser el caso de un CD.
• Un eje de simetría, que podría ser un simple palo o un boli.

Con estos dos elementos se puede construir un aparato para simular el efecto giroscópico. Y además te he dicho que puede ser válido un CD y un bolígrafo porque encontré este vídeo por YouTube que ejemplifica esto a la perfección:

Fíjate lo simple que puede llegar a ser crear tu propio giróscopo.

Algo que, de partida, es imposible de mantener en pie como es un CD atravesado por un bolígrafo, puede crear este efecto tan visual y bonito con sólo otorgarle una rotación de forma constante.

Ahora bien, ¿por qué sucede este efecto giroscópico cuando le otorgamos el movimiento de rotación al CD del vídeo?

¿Qué o quién produce el efecto giroscópico?

Lo característico que tiene el giroscopio es que, cuando se somete a un momento de fuerza que, en principio debería volcar al suelo nuestro aparato, este se mantiene en pie y sigue rotando sin parar.

De hecho, en algunas situaciones, el giróscopo llega a ponerse prácticamente horizontal y todavía sigue girando y girando sin perder el equilibrio y volcar definitivamente.

¿Qué es lo que permite el efecto giroscópico entonces?

Pues básicamente, son dos propiedades:

• Por un lado, la inercia giroscópica. Se conoce también con el nombre de rigidez giroscópica o rigidez en el espacio.

Si recordamos las leyes de Newton, la primera de las leyes hacía referencia a la inercia y mencionaba que un cuerpo sólo puede cambiar su estado inicial si se le aplica una fuerza o serie de fuerzas cuya resultante no sea nula.

Esto, en el caso del giróscopo, se traduce en que el mismo siempre tenderá a mantener su movimiento de rotación mientras que no haya ninguna fuerza que lo desequilibre. Pero, incluso en el caso de desequilibrarlo, el giróscopo encontraré un nuevo estado en el que rotará con otra inclinación.

• Por otro lado, la precesión. Este término está muy relacionado con la última frase en la que mencionaba que, cuando aplicas una fuerza que tiende a cambiar la posición del eje de rotación, el giroscopio se equilibra de nuevo.

Y es que, cuando se aplica un par de fuerzas sobre el giróscopo, el eje del giróscopo tiende a desplazarse hasta una dirección perpendicular (90 grados) con respecto al eje desde donde se aplica la fuerza.

Estas dos propiedades son, en resumidas cuentas, las que permiten que los giroscopios tengan ese movimiento tan característico y que las peonzas puedan girar y girar hasta que se quedan sin fuerza.

Aplicaciones del efecto giroscópico

Todo lo que hemos visto antes suena mucho a teoría y, salvo ejemplos tan comunes como el del CD o la peonza, podría parecer complicado encontrarle muchas aplicaciones al efecto giroscópico.

Pero te aseguro que las tiene. Y es que existen aparatos que usamos con muchísima frecuencia en nuestro día a día y que tienen algún componente que se basa en el efecto giroscópico.

No obstante, en este post sólo quiero mostrarte aquellos más comunes o donde el efecto giroscópico tiene mayor importancia.

Sistemas de navegación

Como muchos sabéis, no todas las horas de vuelo de un avión las llevan a cabo los pilotos. De hecho, gran parte del vuelo está realizado por el piloto automático que incluye el propio avión.

Y, aunque por complejidad no es cuestión de meterse en todo el sistema de GPS y sensores que debe llevar un avión, un aparato que también emplea es un giroscopio para estabilizar la altura de los aviones.

Smartphones y otros dispositivos inteligentes

La que, sin duda, es la aplicación más extendida en pleno siglo XXI es la implementación de giróscopos en dispositivos móviles para controlar la inclinación y el movimiento de nuestro smartphone.

Y es que, aunque el giroscopio y el acelerómetro sean elementos prescindibles en nuestros móviles, a día de hoy muchas aplicaciones utilizan estos aparatos para detectar la posición del móvil y utilizar esta información para mejorar la experiencia en el uso de mapas, juegos, etcétera.

Si quieres saber más sobre cómo funciona el giróscopo en smartphones, te recomiendo que leas el artículo publicado en El Androide Libre.

Cámaras giroscópicas

Al comienzo de este artículo, y aunque no sea una función tan usada en la actualidad, he mencionado las cámaras giroscópicas que se utilizaban en motociclismo y otros deportes de acción.

Y es que estas cámaras aprovechan las propiedades mencionadas antes para mantenerse fijas mientras que el piloto se inclina, por lo que permiten visualizar de forma real la inclinación real que tiene el piloto en su paso por curva.

De hecho, existen ya hasta cámaras en 360º que también incluyen esta función. Y sí, son una aunténtica pasada.

¿Qué hemos aprendido hoy del giróscopo?

Como hemos visto en este post, el giroscopio y el efecto giroscópico es algo que estamos acostumbrados a integrarlo en nuestro día a día, pero que sorprende mucho la primera vez que conocemos en qué consiste.

Y es que, en muchas ocasiones, de las observaciones más simples pueden surgir aplicaciones realmente complejas.

O quién nos iba a decir que observando una peonza podríamos obtener un aparato empleado en millones y millones de móviles.

Antes de finalizar, me gustaría hacerte un par de preguntas:

• ¿Conocías antes el efecto giroscópico? ¿Lo has observado antes en algo cotidiano de tu vida?
• ¿Qué otra aplicaciones conoces en las que se use el giróscopo o giroscopio?

¡Un abrazo!

Alex.