Effetto giroscopico

Generalità

L'effetto giroscopico nasce quando l'asse intorno al quale un corpo sta ruotando viene tentato a uno spostamento da una forza che agisce su uno qualsiasi dei piani che contengono l'asse anzidetto. Ciò che si osserva è che lo spostamento dell'asse, ammesso che si inneschi, non avviene nel piano della coppia, come sarebbe intuitivo aspettarsi, ma in un piano a 90°. Per fare un esempio, se un aereo sta procedendo in rettilineo azionato da una turbina con asse di rotazione posto secondo l'asse longitudinale del velivolo, essendo la turbina un corpo rotante, si verificherà che, quando il pilota tenterà di scendere in picchiata, sentirà il suo aereo virare verso destra o verso sinistra a seconda di come gira la turbina, se in senso orario o antiorario. Se tenterà di cabrare, l'effetto indotto di virata sarà in senso opposto a quello percepito durante la picchiata. Similmente avvertirà la tendenza alla cabrata o alla picchiata quando tenterà di virare. L'effetto giroscopico è dunque un fenomeno, o meglio un insieme di fenomeni che rispondono a una legge fisica che potrebbe così essere formulata: "un corpo in rotazione intorno a un suo asse, ossia un girostato, tende a mantenere nel tempo invariata la posizione del suo asse di rotazione; perchè lo spostamento di quest'asse avvenga su un certo piano è necessaria una forza la cui giacitura è su un piano a 90°con quello dello spostamento". La forza necessaria per realizzare lo spostamento, o per meglio dire la coppia, è tanto maggiore quanto maggiore è il momento angolare del sistema rotante. Il momento angolare si ottiene moltiplicando il momento di inerzia per la velocità di rotazione. Ne deriva che masse relativamente piccole ma con velocità di rotazione molto alte saranno più restie a variare l'inclinazione del proprio asse: è il fenomeno noto come "tenacia degli assi di rapida rotazione".

Applicazioni

L'effetto giroscopico ha una formulazione matematica non semplice per chi non si intende di fisica perchè si basa su un algoritmo di tipo vettoriale. Comunque i fenomeni ad esso legati sono noti all'uomo sicuramente da tempo anteriore alla formalizzazione della legge fisica. Basti per tutti l'esempio della trottola.Per vederne l'effetto la trottola deve essere in rotazione, da cui la presenza dell'ingrediente fondamentale dell'effetto giroscopico, quello di una massa in rotazione intorno al suo asse. Il secondo ingrediente è l'effetto perturbatore, ossia la coppia che tende a far inclinare l'asse di rotazione: è il peso della trottola, applicato nel suo baricentro; se la trottola non ruotasse, si adagerebbe non appena fosse lasciata. Invece, per l'effetto giroscopico innescato dalla rotazione, la trottola anzichè cadere inclina il suo asse secondo un piano a 90° rispetto a quello di caduta. In questa nuova posizione, sempre agente il peso, c'è un nuovo piccolo spostamento di 90° e così di seguito, per cui l'asse della trottola non cade, ma descrive un cono dato dall'insieme di tanti piccoli spostamenti a 90° l'uno rispetto all'altro che la mantengono eretta. Mano a mano che la rotazione si smorza, per via dell'attrito, i movimenti si fanno sempre più ampi, il cono sempre più aperto fino alla caduta. Altro esempio notevole di effetto giroscopico è il mantenimento dell'equilibrio sulle due ruote, di una bici o di una motocicletta. Come si potrebbe rispondere alla domanda: "Quand'è che si sa andare in bicicletta?". Generalmente si risponde, senza che questo abbia alcuna corrispondenza con le leggi della natura, "quando si acquista l'equilibrio". La realtà invece è un'altra: in bicicletta ci si va senza cadere quando, inconsapevolmente o naturalmente, si riescono ad assecondare i movimenti del manubrio che sono innescati dalla forza di gravità che agisce sul baricentro del sistema uomo più bicicletta, mentre il girostato, la trottola, è la ruota sterzante.Se si provasse a bloccare il manubrio impedendogli di "sterzare" in quel modo che noi assecondiamo quando impariamo a stare in equilibrio,senza saperlo,la probabilità di capitombolare sul terreno, anche da parte dei più esperti corridori, sarebbe estremamente elevata.