¿Por qué no se cae un trompo? Descubre el misterio de la rotación con una rueda giroscópica (efecto giroscópico y precesión)
Soy Ken Kuwako, divulgador científico. ¡Cada día es un experimento!
Cuando éramos niños, seguramente todos nos hemos preguntado alguna vez por qué ocurren ciertas cosas que parecen misteriosas. En esta ocasión vamos a acercarnos al secreto de las fuerzas de rotación que no podemos ver a simple vista utilizando una «rueda giroscópica». Cuando lo experimentas con tu propio cuerpo, la sorpresa es completamente distinta de la que sientes al comprenderlo simplemente con la cabeza. ¡Es una experiencia que realmente hay que probar!
Del experimento casero al producto comercial
Hasta ahora desmontaba la rueda de una bicicleta infantil para fabricar mis propios dispositivos experimentales, pero esta vez compré la rueda giroscópica de NARIKA. Después de probarla, confirmé que la versión comercial gira con una suavidad incomparable. Como la fricción es muy pequeña y el eje apenas oscila, los fenómenos que veremos a continuación se pueden observar de una manera mucho más clara.
C15-2634 回転台(ｼﾞｬｲﾛﾎｲｰﾙ)C15-2634 回転台(ｼﾞｬｲﾛﾎｲｰﾙ)
Los objetos que giran intentan mantener su «orientación» (efecto giroscópico)
Lo que quería comprobar con esta rueda era el fenómeno conocido como efecto giroscópico. Se trata de la propiedad de un objeto que está girando de intentar mantener, en la medida de lo posible, la orientación de su eje de rotación. Echa un vistazo a este vídeo.
Después de hacer girar la rueda con fuerza utilizando una cuerda, atamos la cuerda solamente a uno de los extremos del eje y dejamos la rueda colgando. Si lo pensamos de forma intuitiva, una rueda sostenida únicamente por un extremo del eje debería inclinarse inmediatamente por efecto de la gravedad y caer, ¿verdad? Sin embargo, eso no ocurre. La rueda continúa girando mientras mantiene su posición horizontal.
Si no la hacemos girar, la rueda acaba cayendo…
Pero al hacerla girar, ¡no cae aunque soltemos la mano!
Esto se debe al mismo principio por el que una bicicleta es más estable cuando está en movimiento. Gracias a que las ruedas, que son objetos en rotación, tienden a mantener la orientación de sus ejes, podemos mantener el equilibrio mientras montamos en bicicleta.
No solo evita que se caiga: también gira lentamente en círculos, el «movimiento de precesión»
Lo más interesante es que la rueda no se queda simplemente suspendida sin caer. En realidad, continúa girando lentamente alrededor de la cuerda. Este movimiento se denomina movimiento de precesión.
El término «movimiento de precesión» puede sonar complicado, pero en realidad es un fenómeno que conocemos muy bien gracias a las peonzas. Cuando una peonza gira y su eje se va inclinando lentamente mientras dibuja un círculo, ese movimiento es precisamente la precesión.
La Tierra también presenta un movimiento de precesión. El eje de rotación terrestre cambia lentamente de dirección, como si hiciera un enorme movimiento de balanceo, con un período de aproximadamente 26 000 años. Por eso, dentro de unos 10 000 años, la estrella que actualmente conocemos como Estrella Polar, en la constelación de la Osa Menor, dejará su lugar a otra estrella como referencia del norte.
Sentir la precesión con tu propio cuerpo
Por último, probé un experimento en el que me subí a una plataforma giratoria mientras manipulaba la rueda. Primero hacemos girar la rueda con fuerza una vez más, nos subimos a la plataforma y, mientras estamos sobre ella, vamos inclinando la rueda.
Echa un vistazo a este vídeo.
Y entonces ocurre algo sorprendente: ¡es nuestro propio cuerpo el que comienza a girar sobre la plataforma!
Al inclinar la rueda, todo nuestro cuerpo comienza a girar, como si una fuerza invisible nos estuviera empujando. Esto demuestra que está actuando una de las grandes leyes de la física: la ley de conservación del momento angular. Al inclinar el eje de rotación de la rueda, se produce un «cambio en la rotación». Para compensarlo, todo el sistema —en este caso, la plataforma giratoria junto con nuestro propio cuerpo— comienza a girar en la dirección opuesta.
Si lo simplificamos y lo pensamos en dos dimensiones, nuestro cuerpo gira precisamente para conservar el momento angular en el plano horizontal.
En realidad, este mismo principio se utiliza en muchos otros lugares. Por ejemplo, explica por qué un patinador artístico gira más rápido cuando recoge los brazos durante un giro, y también se aplica al control de orientación de satélites y cohetes en el espacio. Incluso cuando un astronauta gira su cuerpo en un entorno de ingravidez y comienza a rotar de manera natural, está actuando la misma ley de conservación del momento angular. Pensar que el movimiento de una pequeña rueda que tenemos delante está conectado incluso con la ingeniería espacial hace que el experimento se vea de una manera completamente diferente, ¿no crees?
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