giroscòpio
Indice
Lessico
Sm. [sec. XIX; giro+-scopio]. Qualsiasi corpo avente simmetria di rotazione intorno a un asse, come un cilindro, una ruota, un disco, un anello toroidale, un ellissoide, ecc.; più precisamente, solido il cui ellisse centrale d'inerzia è rotondo.
Tecnica
In particolare, strumento o dispositivo che nella forma più comune è costituito da un massiccio disco metallico omogeneo che può liberamente ruotare attorno al proprio baricentro, tenuto fisso mediante un sistema di sostegni e di perni opportunamente collegati a un telaio (spesso con sospensioni cardaniche) in modo che l'asse sia in grado di compiere qualsiasi deviazione. Quando il giroscopio è posto in rapida rotazione intorno al suo asse comunque orientato, se si vuole deviare tale asse bisogna applicare una forza molto maggiore di quella che è sufficiente per spostarlo da fermo e tanto più veloce è la rotazione tanto maggiore deve essere tale forza; in ciò consiste il fenomeno della tenacia o permanenza degli assi del giroscopio. Se la forza applicata ha intensità sufficiente e direzione opportuna per vincere la tenacia dell'asse giroscopico, lo spostamento del punto di applicazione della forza, contrariamente all'intuizione, risulta perpendicolare alla forza e precisamente parallelo al momento della forza rispetto al baricentro del giroscopio; si ha cioè tendenza al parallelismo dell'asse giroscopico con il momento sollecitante (grandezza vettoriale). La tenacia e la tendenza al parallelismo degli assi giroscopici costituiscono i fenomeni giroscopici elementari; tali fenomeni, che possono essere giustificati completamente in base alle equazioni cardinali della dinamica, sono oggetto dell'esperienza comune, come nella ruota della bicicletta che gira senza cadere per terra, e nell'aereo in virata che, se dotato di masse rotanti ad alte velocità (come i rotori nei turboreattori), tende a cabrare a causa della deviazione dell'asse delle parti rotanti.
Applicazioni
I fenomeni giroscopici trovano numerose applicazioni tecniche negli stabilizzatori per mezzi di locomozione a ruote, nei sistemi meccanici in cui ci siano masse in rapida rotazione, negli organi direzionali di navi, aerei e missili. Nei diversi tipi di giroscopi i particolari costruttivi dipendono dagli usi a cui sono destinati. Con un giroscopio (giroscopio comune, o di Foucault) Foucault nel 1852 dimostrò il moto di rotazione della Terra imprimendo al disco rotante D del giroscopio una fortissima velocità di rotazione attorno all'asse z e puntandone l'asse verso una stella fissa osservò che tale puntamento rimaneva invariato, mentre variava in modo evidente il suo orientamento rispetto al telaio, che rimaneva solidale con la Terra. L'importanza dei giroscopi per tutti i sistemi di guida e in particolare per quelli inerziali nella navigazione aerea e in missilistica ha determinato studi molto accurati; le tecniche più promettenti sono quelle che mirano a realizzare giroscopi sferici sostenuti mediante forze distribuite ottenute con fluidi gassosi o con campi elettrici o con campi magnetici invece che per mezzo di sospensioni cardaniche, per ridurre al minimo gli errori dovuti all'attrito dei supporti, a effetti di temperatura, a imperfette equilibrature, ecc. Studi basati su concezioni e tecniche di avanguardia si occupano di fenomeni giroscopici a livello molecolare e nucleare, basati sull'interferometria atomica a bassissima temperatura. Questi giroscopi possono raggiungere una sensibilità cento miliardi di volte superiore a quella degli apparecchi ottici (laser) esistenti.