• O Giroscópio e a conservação de Momento Angular

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O Momento Angular, também chamado Momen­tum Angular ou Quan­ti­dade de Movi­mento Angular, é uma das gran­de­zas con­ser­va­das na natu­reza como efeito da inércia. Isso sig­ni­fica que um objeto que está girando tende a manter seu giro, bem como um objeto que está em movi­mento tende a con­ti­nuar se movendo. 

O Giros­có­pio é um dis­po­si­tivo uti­li­zado no ensino de física para demons­trar a con­ser­va­ção do Momento Angular. O dis­po­si­tivo é com­posto por um volante, ou rotor, preso a um eixo com ao menos um grau de liber­dade de rotação. No caso do objeto exposto, o volante possui três graus de liber­dade, ou seja, após colo­cado em rotação, ele fica estável inde­pen­den­te­mente do movi­mento do suporte.

O GIF à direita demons­tra o fun­ci­o­na­mento de um giros­có­pio. Este GIF, reti­rado da Wiki­pe­dia, foi criado por Lucas Vieira e é regis­trado como domínio público.

O movi­mento de rotação apre­senta algumas par­ti­cu­la­ri­da­des. Uma roda de bici­cleta sus­pensa somente em uma das extre­mi­da­des do seu eixo, quando não está girando, tomba ime­di­a­ta­mente. No entanto, se ela estiver girando, o movi­mento rea­li­zado é a PRECESSÃO. O vídeo abaixo, criado pela USP, demons­tra melhor esse efeito inte­res­sante da mecâ­nica de corpos em movi­mento cir­cu­lar, o movi­mento de precessão.

O movi­mento de rotação pode ser obser­vado e explo­rado para fins didá­ti­cos em brin­que­dos como o pião e o spinner. Outras curi­o­si­da­des inte­res­san­tes sobre o Momento Angular são res­pon­di­das em posts do Centro de Refe­rên­cia para o Ensino de Física (CREF) do Ins­ti­tuto de Física da UFRGS. No site, há uma res­posta sobre o equi­lí­brio de uma bola de bas­quete sobre o dedo e outra sobre a pre­ces­são da Terra e as esta­ções do ano.


A história dos giroscópios e seu uso atual

A his­tó­ria do giros­có­pio remonta sua origem no pião, brin­quedo infan­til desen­vol­vido em diver­sas civi­li­za­ções antigas. O pri­meiro regis­tro do uso de um algo similar a um giros­có­pio com ins­tru­mento de medida é o Espelho de Serson, em 1743, um ins­tru­mento de nave­ga­ção uti­li­zado para definir o hori­zonte em dias nubla­dos. A partir de 1817 foram criados giros­có­pios com esferas ou discos, uti­li­za­dos pri­ma­ri­a­mente como fer­ra­men­tas de ensino. Em 1852, Léon Fou­cault cunhou o nome giros­có­pio e uti­li­zou o ins­tru­mento para medir a rotação da Terra.

A partir da criação de motores elé­tri­cos, em 1860, foi pos­sí­vel criar giros­có­pios que giras­sem inde­fi­ni­da­mente. Esta ino­va­ção pos­si­bi­li­tou o uso de giros­có­pios como fer­ra­men­tas de medida de direção para barcos e veí­cu­los, com a criação da pri­meira bússola giros­có­pica em 1904.

Durante o Século XX, foram desen­vol­vi­das tec­no­lo­gias de medida de ace­le­ra­ção e sis­te­mas de nave­ga­ção iner­cial base­a­das no uso de giros­có­pios, per­mi­tindo a criação de mísseis balís­ti­cos. Durante a Segunda Guerra Mundial, os giros­có­pios também foram uti­li­za­dos para esta­bi­li­zar armas de aviões e bate­rias antiaéreas.

Atu­al­mente, ainda há muitos usos para os giros­có­pios. Com as tec­no­lo­gias de mini­a­tu­ri­za­ção, foi pos­sí­vel intro­du­zir o giros­có­pio como ace­lerô­me­tro em qual­quer dis­po­si­tivo digital, como reló­gios, celu­la­res e vide­o­ga­mes. A pro­pri­e­dade de esta­bi­li­za­ção dos giros­có­pios possui muitos usos, inclu­sive para o cinema nas câmeras esta­bi­li­za­das. Os giros­có­pios ainda são uti­li­za­dos como ins­tru­men­tos de medida de direção e geo­lo­ca­li­za­ção, entre outros.

Pes­quisa: Gabriel Cury Perrone; Físico UFRGS / Maio 2020 

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