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iroscopio + G Giroscopio + scopio o r i G n Giroscopio e u Precesion de un recesion d P
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Foucault en 1851, poco después de su famosa experiencia del péndulo en el Panteón de París intentó demostrar la rotación de la Tierra mediante otro artefacto: el giróscopo. Aunque el experimento no contó con tanto éxito, el nombre de giróscopo está aún vigente (gyros, rotación; scopos, verse o poner de manifiesto), es decir aparato para mostrar la rotación. Un giróscopo o giroscopio es un sólido rígido en rotación alrededor de un eje principal de inercia. Habitualmente se monta sobre anillas en suspensión Cardan. De esta manera, ningún movimiento que realizase el conjunto causaría momento externo. Por tanto, el momento angular o momento cinético se conservaría y el eje de rotación mantendría una dirección fija en el espacio. Los movimientos giroscópicos han tenido un gran número de aplicaciones. La tendencia a mantener fija la orientación en el espacio del eje de rotación del giróscopo se emplea para estabilizar barcos, en los sistemas de navegación automática de los aviones, en el sistema de dirección de torpedos y misiles, en la brújula giroscópica, etc. El rayado helicoidal del interior de los cañones tiene por objeto el imprimir un rápido movimiento de rotación a los proyectiles alrededor de su eje longitudinal, de esta forma se evita que cualquier perturbación lo desvíe de la trayectoria deseada. Asimismo desempeña un papel fundamental en el equilibrio de bicicletas y motocicletas.
Giroscopio + Precesión de un Giroscopio
IT S I V LA E D ANTES
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Coge un trompo y colócalo verticalmente sobre la punta metálica. ¿Se cae? ¿Por qué? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Hazlo ahora girar, ¿qué ocurre al principio?, ¿se mantiene vertical su eje de rotación?. Describe lo que sucede a medida que la velocidad de rotación va disminuyendo por efecto del rozamiento. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿Se comporta el trompo como un giróscopo? __________________________________________________________________________________________________ ¿Cómo se llama el movimiento que describe el trompo antes de pararse? __________________________________________________________________________________________________ ¿Qué relación existe entre el momento de una fuerza y el momento angular? Define ambas magnitudes. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿Qué ocurriría si sobre un giróscopo en movimiento no se ejerciera ningún momento? __________________________________________________________________________________________________ Cuando guiamos una bicicleta caminando y queremos cambiar de dirección nos vemos obligados a girar el manillar, sin embargo cuando vamos sobre ella a cierta velocidad con una leve inclinación de nuestro cuerpo podemos modificarla. ¿Sabrías explicar este hecho? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
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GIRÓSCOPO Acércate al módulo, siéntate sobre el taburete y coge la rueda. Hazla girar rápidamente y colócala de modo que su eje de rotación quede perpendicular a tu cuerpo. ¿Qué observas? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ A continuación sube la rueda y ponla sobre tu cabeza, haciendo coincidir su eje de rotación con el de tu cuerpo. ¿Qué ocurre ahora? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Anota en ambos casos los sentidos de los giros que se producen. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ De nuevo en el taburete, toma la rueda con las dos manos sobre el eje. Ponla a rotar con rapidez y colócala de modo que el eje de giro sea horizontal, ¿qué ocurre? ¿En qué sentido estás girando? ¿Y la rueda? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Inclina un poco hacia la derecha el eje, ¿hacia donde giras? __________________________________________________________________________________________________ Repite la experiencia pero inclinando la rueda en sentido contrario. Anota lo que ocurre. __________________________________________________________________________________________________ PRECESIÓN DEL GIRÓSCOPO En el otro módulo, toma la rueda sujeta por la cadena, colócala perpendicular al suelo y suéltala, ¿qué ocurre? __________________________________________________________________________________________________ Haz lo mismo pero antes de soltarla, hazla girar rápidamente, ¿qué ocurre ahora? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
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Giroscopio + Precesión de un Giroscopio
TA I S I V A L E D S DESPUÉ Trata de explicar lo que observaste en estos módulos durante la visita. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿En qué principio de conservación de la Física se basan los módulos del giróscopo? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Analiza la experiencia de la rueda de bicicleta sujeta de una cadena. Indica las fuerzas y momentos que intervienen. ¿Por qué no cae? ¿Cuál es la causa del giro que describe? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
¿Cómo situarías un giróscopo sobre una bicicleta para que ésta viajase en línea recta sin caerse? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
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¿Por qué es fundamental el rotor de cola en los helicópteros? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ En Rusia se fabrican unos helicópteros que no poseen rotor de cola y en vez de ello montan dos hélices en el rotor principal. ¿Cómo deberían girar éstas para mantener estable la aeronave? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿Cómo se podría colocar un giróscopo para demostrar la rotación de la Tierra? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Infórmate de las aplicaciones que puede tener el giróscopo. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
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Giroscopio + Precesión de un Giroscopio
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S E D A D IOSI
Un ejemplo del movimiento giroscópico es la precesión de los equinoccios (línea resultante de la intersección del ecuador terrestre y el plano de la eclíptica). La Tierra se comporta como un gigantesco giróscopo cuyo eje de rotación es el tomado por la línea que une los Polos Norte y Sur. Debido a que nuestro planeta no tienen una forma exactamente esférica, sino que está achatado por los polos , la atracción gravitatoria ejercida por la Luna y el Sol sobre la región ecuatorial será desigual. Este hecho, unido a la inclinación del eje de rotación con respecto al plano de la eclíptica, origina un momento de fuerza gravitacional que provoca un lento movimiento de precesión de dicho eje alrededor de la perpendicular al plano de la órbita terrestre en la dirección Este-Oeste y con un período de casi 26000 años, describiendo un cono de unos 47º de abertura con vértice en el centro de la Tierra. Debido a este lento movimiento, la posición del polo celeste va cambiando a lo largo de los siglos. Esto hace que la estrella Polar no sea siempre la misma. En la actualidad este privilegio le corresponde desde hace unos mil años a la estrella alfa de la constelación de la Osa Menor. Pero no siempre fue así, por ejemplo cuando construyeron las Pirámides de Egipto la estrella que señalaba el Norte era Thuban (la estrella alfa de la constelación del Dragón), para el año 3000 este papel lo desempeñará la estrella gamma de la constelación de Cefeo y en el 10000 será Deneb (la estrella alfa del Cisne).
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