Spinners y astronautas

El giróscopo o giroscopio (del griego "skopeein = ver" y "gyros = giro") es un dispositivo mecánico que sirve para medir, mantener o cambiar la orientación en el espacio de algún aparato o vehículo. 

Está formado esencialmente por un cuerpo con simetría de rotación que gira alrededor del eje de dicha simetría. Cuando el giróscopo se somete a un momento de fuerza que tiende a cambiar la orientación de su eje de rotación, tiene un comportamiento aparentemente paradójico, ya que cambia de orientación (o experimenta un momento angular en todo caso, si está restringido) girando respecto de un tercer eje, perpendicular tanto a aquel respecto del cual se lo ha empujado a girar, como a su eje de rotación inicial. Si está montado sobre un soporte de Cardano que minimiza cualquier momento angular externo, o si simplemente gira libre en el espacio, el giróscopo conserva la orientación de su eje de rotación ante fuerzas externas que tiendan a desviarlo mejor que un objeto no giratorio; se desvía mucho menos, y en una dirección diferente. 

Presenta, por tanto, dos propiedades fundamentales: la inercia giroscópica o "rigidez en el espacio" y la precesión, que es la inclinación del eje en ángulo recto ante cualquier fuerza que tienda a cambiar el plano de rotación. Estas propiedades se manifiestan a todos los cuerpos en rotación, incluida la Tierra. El término giróscopo se aplica generalmente a objetos esféricos o en forma de disco montados sobre un eje, de forma que puedan girar libremente en cualquier dirección; estos instrumentos se emplean para demostrar las propiedades anteriores, para indicar movimientos en el espacio, o para producirlos. 

Este fenómeno físico, el efecto giroscópico, puede observarse fácil y cotidianamente en peonzas, o monedas lanzadas a rodar, por ejemplo, aunque por supuesto, cualquier objeto giratorio funciona en cierto modo, como giróscopo. El giro en vuelo impartido por el jugador a un balón de rugby, o el de una bala disparada desde un arma de ánima rayada para estabilizar su trayectoria son ejemplos de aplicación del efecto. 

Un giróscopo muy interesante es el fidget spinner, juguete no solo infantil.

El spinner no es más que un pequeño artilugio que cabe en la palma de la mano y consta de tres hélices con un centro giratorio para hacer rotar el juguete. En principio esa es precisamente la gracia, hacerlo girar, girar y girar. Y ya está. Sin embargo, la 'magia' de este aparato parece consistir en hacer trucos y malabares con él, como si de una peonza del siglo XXI se tratara.

Este sencillo artículo fue concebido en su momento, hace más de dos décadas, por una mujer que pretendía crear un juguete que, de alguna forma, simbolizara la paz.

Muchos de ellos incluso se comercializan como herramientas de ayuda para pacientes con autismo, déficit de atención, estrés, ansiedad y hasta depresión...

En el siguiente vídeo se explican los diferentes movimientos que realiza: precesión, nutación,  así como del concepto de momento angular.

El momento angular es una magnitud vectorial que utilizamos en física para caracterizar el estado de rotación de los cuerpos.

Pero ¿qué sucede cuando un astronauta lo hace girar y lo agarra con  sus dedos en zona de gravedad reducida?

El spinner está sometido a un valor muy reducido de la aceleración de la gravedad y flota. La presión dentro de la Estación Espacial Internacional es inferior a la  que existe en la superficie terrestre y, por tanto el rozamiento es menor y el spinner permanece girando durante más tiempo.

El astronauta Bresnik y sus colegas realizaron con el spinner varias piruetas llamativas, como dar vueltas sobre sí mismos mientras el spinner sigue girando. Las piruetas realizadas por los astronautas son posibles en la estación espacial debido a la microgravedad, que los sostiene en un continuo estado de caída libre.

El fidget spinner, gira más libre que nunca, debido a que la fuerza de rozamiento del aire no lo frena en ese entorno, aunque, más allá de que el aire no frene al spinner, el rozamiento con la zona central del propio aparato sigue existiendo, haciendo que tarde o temprano se frene de todas formas. Pero el spinner sigue siendo libre, en tanto gira en el aire sin que una persona deba estar sosteniéndolo.

En siguiente video podemos ver cómo el spinner transfiere su momento angular al astronauta haciendo que este gire.

Por tanto el spinner, quizás el elemento más veces confiscado en el aula, no solo es un juguete. También sirve como aparato para conocer algunas propiedades de los cuerpos que giran. Y también las leyes de Newton.

Para saber más:

Curiosidades y trucos con un fidget spinner:

https://youtu.be/3J6o7hcm8bE


Ismael.