Di Kevin Beck — Aggiornato il 24 marzo 2022
Immagini atomiche/DigitalVision/GettyImages
Un giroscopio, spesso abbreviato in “giro”, è un sensore inerziale che mantiene l’orientamento di una massa rotante nonostante le forze esterne. Il suo principio fondamentale è che una ruota che gira resiste ai cambiamenti del suo asse di rotazione, una proprietà che è alla base della navigazione negli aerei, nei veicoli spaziali e in molti dispositivi di consumo.
Il primo giroscopio pratico risale al 1852, quando il fisico francese Léon Foucault utilizzò una ruota che gira per dimostrare la rotazione della Terra. Isolando la ruota dall'influenza della gravità, Foucault dimostrò che qualsiasi cambiamento nell'asse della ruota era causato esclusivamente dalla rotazione della Terra.
Il cuore di un giroscopio è un disco o rotore pesante e che gira velocemente. Questo rotore è montato su una serie di sospensioni cardaniche, cerchi supportati da cuscinetti a sfera, che gli consentono di ruotare liberamente in tre dimensioni. La combinazione di massa, velocità e supporto multiasse conferisce al dispositivo un momento angolare elevato, che contrasta le coppie esterne.
Quando una coppia esterna, come una svolta improvvisa in un’auto o uno spostamento in un veicolo spaziale, tenta di inclinare il rotore, i gimbal ridistribuiscono la forza in modo che l’asse del rotore rimanga fisso rispetto al telaio inerziale. Questo effetto "stabilizzante" è essenziale per mantenere un orientamento preciso nei veicoli in movimento.
Una delle applicazioni più famose è il telescopio spaziale Hubble, che utilizza sei giroscopi ad alta velocità che ruotano a 19.200 giri al minuto (320 giri/s). Questi strumenti si basano su cuscinetti a gas per ottenere una rotazione quasi priva di attrito, consentendo a Hubble di agganciarsi alle stelle e mantenere una linea di vista stabile per missioni estese.
Mentre un giroscopio misura l'accelerazione angolare, un accelerometro cattura l'accelerazione lineare e un magnetometro rileva i campi magnetici. Insieme, questi sensori inerziali forniscono dati di movimento completi per sistemi di navigazione, visori per realtà virtuale e applicazioni per smartphone.
Il momento angolare (L =Iω) quantifica la resistenza del rotore al cambiamento. L'inerzia (I) non è una forza; è una proprietà della massa e della geometria. Questa distinzione è il motivo per cui i giroscopi sono apprezzati per la loro stabilità passiva:non è necessaria alcuna alimentazione esterna per mantenere l'orientamento.
Dalla guida degli aerei durante il volo alla stabilizzazione dei droni in condizioni di vento, i giroscopi sono indispensabili. Inoltre, potenziano la tecnologia di tutti i giorni:le fotocamere degli smartphone stabilizzano automaticamente i video, i controller di gioco tracciano il movimento e persino i giroscopi giocattolo per bambini si dilettano con la loro grazia rotante.
