El giroscopio de Foucault

Un instrumento clásico para observar la rotación de la Tierra sin salir del laboratorio.

En 1852 el físico francés Léon Foucault logró detectar la rotación de la Tierra gracias a un giroscopio como el mostrado aquí.

NOTA DE LOS EDITORES: Hemos añadido nuevos elementos en la sección «Taller y Laboratorio» porque queremos que sea realmente útil y práctica para los amantes de la experimentación (científicos aficionados, profesores de ciencias experimentales, estudiantes...). Si tienes ideas de mejora, por favor envíanos tus sugerencias a [email protected]

EL EXPERIMENTO
Construiremos dos modelos de giroscopio: uno similar al concebido en el siglo XIX por Léon Foucault para mostrar la rotación de la Tierra, y otro más simple para usos más lúdicos.

MATERIALES
Anillas de acero o aluminio
Volantes de inercia de latón o bronce
Bases de madera
Torno
Taladro de columna

PRECIO APROXIMADO
Decenas de euros (si disponemos de medios de mecanización)

Centenares de euros (si necesitamos encargar las piezas)

TIEMPO
Varias semanas

DIFICULTAD
Elevada. No debe acometerse si no se dispone de medios y experiencia en mecanización.

 

Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) es archiconocido por haber sido el primer científico que logró demostrar la rotación de nuestro planeta sin necesidad de observar las estrellas «fijas». Para ello, se valió del celebérrimo péndulo que hoy lleva su nombre y que decora numerosos museos de ciencia en todo el mundo.

Este artefacto, de construcción sencilla pero uso delicado [véase «El péndulo de Foucault», por Marc Boada Ferrer; Investigación y Ciencia, diciembre de 2004], comparte dos propiedades con el giroscopio, el objetivo de este artículo. La primera se basa en la ley de inercia: el hecho de que un objeto puesto en movimiento permanecerá en ese estado a menos que sobre él actúe algún agente exterior. La segunda propiedad es tal vez menos evidente y se basa en la ley de conservación del momento angular. Para el caso que nos concierne aquí, podemos pensar en ella como en una especie de «inercia posicional», o el hecho de que un sólido mantendrá su orientación en el espacio si sobre él no actúan fuerzas externas.

Se dice que Foucault no quedó satisfecho con el péndulo, ya que este necesitaba mucho espacio y era demasiado sensible a las perturbaciones. Quizá por ello, el genial físico parisino pergeñó otro artefacto con el que, una vez más, consiguió observar en el laboratorio el giro de nuestro planeta. Este aparato se conoce como giroscopio o giróscopo, término que fue acuñado por el propio Foucault a partir de las voces de origen griego gyros («giro») y skopein («observar»). (Si bien cabe aclarar que, en realidad, nuestro protagonista no inventó el giroscopio, pues décadas antes de sus experimentos ya existían dispositivos similares diseñados para recrear en el laboratorio los movimientos de la Tierra alrededor del Sol.)

El giroscopio de Foucault consiste en un volante de inercia montado sobre un interesante mecanismo: la junta o articulación cardán (véase la fotografía). Esta consiste en un arreglo de tres anillos concéntricos en el que cada uno se acopla al siguiente mediante dos pequeños ejes, y donde el anillo exterior se halla sólidamente fijado a una base. Semejante disposición permite que un objeto situado en el centro (en nuestro caso, el volante de inercia) pueda adoptar todas las orientaciones posibles en el espacio. Por tanto, cuando el volante gire a gran velocidad, permanecerá mecánicamente desconectado del soporte y, por ende, de cualquier otro marco de referencia. Es precisamente este principio el que nos permitirá demostrar la rotación de la Tierra.

Aunque el giroscopio nació como un instrumento científico, más tarde sería simplificado y reconvertido en un clásico de los juguetes científicos imprescindible en cualquier gabinete de física experimental. En lo que sigue describiremos estas dos versiones del instrumento y algunos de los fenómenos que nos permiten estudiar.

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