La mecánica del giro

No creo que sea el único que ha lanzado piedras a un rio para ver cuanto salpican, o ha fabricado un avión de papel en clase de lengua y una vez lanzado preguntarse por qué cae tan rápido o tan despacio, todas estas preguntas son tratadas desde una especialidad de la física conocida como mecánica.

Comencemos con la ley que define la dinámica clásica:

La segunda Ley de Newton nos explica cómo se comportan los cuerpos debido a la acción de fuerzas, es decir, en el caso de la piedra de masa m que lanzas hacia arriba con una fuerza F esta experimentará una aceleración a.

Esta ecuación, que todo alumno que haya cursado educación secundaria conoce, es más compleja de lo que parece, ya que a través de un complejo tratamiento matemático llegamos a la siguiente expresión:

donde L es el momento angular de un cuerpo en rotación y M el momento de la fuerza que lo hace rotar.

Esta segunda expresión toma un importante significado cuando el cuerpo objeto de estudio rota ya que por tanto presenta un L no nulo y se verifica dicha ecuación en su plenitud.

Dicha ecuación nos dice que el momento de una fuerza M es igual que la variación de su momento angular L respecto al tiempo, que en síntesis nos explica la aparición de un campo vectorial M que afectará al movimiento de nuestra masa si esta se encuentra rotando en torno a un eje.

El mejor ejemplo para estudiar como el giro afecta a la dinámica y cinemática de un cuerpo es tirar de una puerta para abrirla: cuanto más alejado de las bisagras apliques la fuerza para abrirla menos esfuerzo tendrás que hacer para ello ya que el torque o momento será mayor, esto se cumple también a la inversa, ya que si aplicas la fuerza en las bisagras no se abrirá ya que el momento será nulo.

El mejor instrumento que tienen los físicos para estudiar este fenómeno es el giróscopo, que consiste simplemente en un disco en rotación unido a un brazo móvil.

Si aplicamos diferentes fuerzas sobre el brazo percibiremos efectos para nada intuitivos productos de la rotación del disco:

• Si presionamos el brazo hacia abajo el disco se aproximará a nosotros.

• Si presionamos el brazo hacia adelante el disco cae hacia abajo.

• Si aplicamos torsión antihoraria en la sujeción del giróscopo este irá arriba.

La distribución vectorial del giróscopo que hace posible el primer fenómeno es la siguiente:

Como podemos observar, la fuerza F que aplicamos hacia abajo genera un vector momento hacia nosotros que provoca el movimiento del disco en esa dirección, siendo todo esto posible gracias a la rotación del disco con momento angular no nulo L.

En conclusión, el movimiento de un cuerpo esta bañado por muchos y diferentes factores, que como por ejemplo el giro, modifican sus magnitudes dinámicas y cinemáticas, provocando trayectorias anormales que como hemos demostrado, aunque poco intuitivas son válidas dentro de las leyes de la física.