Como é possível se equilibrar sobre duas rodas?

Um dos momentos mais marcantes da juventude consiste em aprender a andar de bicicleta sem o auxílio das rodinhas de apoio. Existe algo de mágico nisso, pois a criança – ou o adulto, afinal nunca é tarde para isso – sabe que se deixar a bicicleta solta e parada ela irá cair, não se sustenta sozinha. Retirar as rodinhas e se arriscar a andar sem elas, portanto, é um ato carregado de fé, de determinação, de ousadia e de coragem. É mesmo uma questão de acreditar e ir.

Para quem nunca andou, ver uma bicicleta rodar sem cair é quase como um milagre, algo que não se explica, e que parece demandar habilidades olímpicas ou circenses de equilíbrio. A Física, no entanto, nos mostra que a fé de quem se arrisca a fazer o que parece impossível está bem amparada. Estamos falando, é claro, do efeito giroscópico.

Em termos mais acadêmicos, a rigidez ou inércia giroscópica descreve a resistência que um corpo girante oferece para mudar sua posição no espaço enquanto gira. É esta resistência, por exemplo, que mantém o pião girando sem cair, mantém a moto de corrida em pé mesmo quando o piloto cai, e mantém o io-io alinhado no curso de sua linha.

Estamos falando de algo bastante poderoso aqui. Note, por exemplo, que um ciclista relativamente experiente será capaz de equilibrar-se sobre a bicicleta mesmo a baixíssimas velocidades, mais devagar do que o caminhar de um pedestre. Ao passo que em velocidades mais elevadas e sobre superfícies planas, não é difícil manter-se sobre a bicicleta mesmo sem usar as mãos para orientar o guidão.

Tal característica física possui inúmeras aplicações, que vão muito além dos casos já citados. Outra característica importante dos giroscópios é que quando aplicamos uma força qualquer no sentido de mudar o plano de rotação o giroscópio responderá com uma reação como se a força tenha sido aplicada exatamente a 90° da força de origem do movimento e no sentido da rotação do giroscópio. Esta reação produz um movimento de rotação cônico chamado de precessão, que também é realizado pelo nosso planeta Terra.

Por lógica, no entanto, se tivermos o ponto de apoio do giroscópio exatamente junto ao seu centro de gravidade, então não teremos nenhum braço de alavanca para modificar seu estado de rotação, de tal modo que a gravidade atuará sobre o corpo sem produzir nenhum momento. E é essa condição ideal, que chamamos de giroscópio elementar, que permite a criação de uma ferramenta tão importante quanto o horizonte artificial, na aviação. Neste instrumento o giroscópio tem três anéis, e quando o rotor é submetido a altas rotações adquire profunda rigidez, não se movendo de forma alguma. No entanto, ele permite o movimento de seus anéis, que ligados estruturalmente ao avião vão indicar a correta posição do solo.

A rigidez dos giroscópios pode produzir diversas situações interessantes. Se colocarmos, por exemplo, um giroscópio elétrico com seu eixo apontado para um poste do outro lado da rua, uma medição seis horas mais tarde irá encontrá-lo desalinhado cerca de 90° em relação ao poste. Isso acontece porque a rigidez inercial compensou as 6 horas passadas e o eixo do giroscópio continua no mesmo lugar. Na verdade, o que mudou de lugar foi a Terra, que girou cerca de 90°. O giroscópio é imune ao movimento de rotação, pois é rígido e provido de três anéis que lhe conferem liberdade nos três eixos X,Y,Z.

A tecnologia giroscópica está presente em milhares de produtos e em quase todas as atividades humanas que envolvam movimento, velocidade, rotação e orientação. Ela serve de referência para sistemas de navegação terrestres, marítimos, aéreos, espaciais, e até nos celulares e nos jogos.

Legal, não é?

Então, que tal estudar um pouco de efeito giroscópico, e de quebra melhorar o condicionamento físico dando umas pedaladas por aí?