¿POR QUÉ NO SE CAE LA
PEONZA MIENTRAS ESTÁ GIRANDO?
Millares de personas han jugado en su infancia a
"bailar" la peonza o la perinola, pero pocas de ellas son las que
pueden contestar bien a esta pregunta. Y en realidad, ¿qué explicación se le
puede dar al hecho de que una peonza en rotación, situada en posición vertical
o inclinada, no se caiga? ¿Qué fuerza la mantiene en esa posición aparentemente
inestable? ¿A caso no actúa sobre ella la gravedad?
En este juguete se produce una interacción de fuerzas muy
interesante. La teoría de la peonza es bastante compleja y no es nuestro
propósito profundizar en ella, pero sí queremos dar a conocer la causa
principal de que la peonza no se caiga mientras está girando.
En la Figura1 se representa una perinola que gira en la
dirección que indican las flechas. Prestemos atención a la parte A de su borde
y a la parte B, opuesta a aquélla. La parte A tiende a moverse alejándose de
nosotros; la B, por el contrario, tiende a acercarse a nosotros. Veamos ahora
qué movimiento reciben estas partes si empujamos hacia abajo el borde de la
perinola para que se incline hacia nosotros.
Al hacer esto obligamos a la parte A a moverse hacia arriba y
a la B a moverse hacia abajo; la dirección del empuje forma un ángulo recto con
el movimiento propio de estas partes.
Figura 1. ¿Por qué no
se cae la perinola?
Pero como la perinola gira rápidamente y la velocidad
circular que tienen las partes del disco es muy grande, la nueva velocidad que
le comunicamos al hacer que se incline es insignificante en comparación con la
que ya tenía, por eso se suma a ella, produciendo una velocidad resultante, que
se aproxima mucho a la circular, y el movimiento de la perinola casi no varía.
Esto explica por qué la perinola (o la peonza) parece que se resiste a que la
vuelquen. Cuanto más pesada sea la peonza y más rápidamente gire, tanta más
resistencia opone a ser volcada.
La esencia de esta explicación está relacionada directamente
con la ley de la inercia. Cada una de las partículas de la peonza se mueve,
describiendo una circunferencia, en un plano perpendicular al eje de giro.
Figura 2. Si se echa
por alto una perinola en rotación, su eje conserva la dirección que tenia.
Por la ley de la inercia, cada una de estas partículas tiende
en cada instante a salirse de la circunferencia siguiendo una línea recta
tangente a aquélla. Pero cada una de estas tangentes se encuentra en el mismo
plano que la circunferencia; por lo tanto, cada partícula tiende a moverse sin
abandonar el plano perpendicular al eje de giro en que se halla. De aquí se
deduce que todos los planos de la peonza, perpendiculares al eje de rotación,
tienden a conservar su posición en el espacio y por esto, la perpendicular
común a todos ellos, es decir, el propio eje de rotación, también tiende a
conservar su dirección.
Los movimientos que pueden provocar en la peonza las fuerzas
exteriores son muy variados y no vamos a examinarlos. Esto exigiría
explicaciones demasiado detalladas que resultarían aburridas. Mi propósito se
reducía a aclarar por qué todos los cuerpos que giran tienden a conservar
invariable la dirección de su eje de rotación.
Figura 3 izquierda. Así
cae una moneda si se echa hacia arriba girando alrededor de su eje. Figura 3 derecha.
Si la moneda se echa hacia arriba sin rotación puede caer de cualquier manera.
Esta propiedad tiene gran importancia en la técnica moderna
en los barcos y aviones modernos se instalan aparatos giroscópicos (basados en
las propiedades de la peonza), como son las brújulas, los autopilotos, los
estabilizadores, etc. El efecto de giro sirve también para estabilizar las
trayectorias de los proyectiles y de las balas. Este mismo efecto se utiliza
para estabilizar el movimiento de los cohetes cósmicos y de los satélites
artificiales. Todas éstas son aplicaciones prácticas de lo que parecía un simple
juguete.