Herramienta de ejercicio giroscópica

Un giroscopio es un dispositivo especializado que se utiliza en fisioterapia para mejorar la fuerza de la muñeca y promover el desarrollo de los músculos de la palma, la muñeca, el antebrazo y los dedos. También puede utilizarse como una demostración única de algunos aspectos de la dinámica rotacional . El dispositivo consta de una carcasa de plástico o metal del tamaño de una pelota de tenis que rodea una masa giratoria con un núcleo pesado en su interior, la cual puede girar mediante una cuerda corta o utilizando un mecanismo de autoarranque al enrollarla contra un resorte para generar energía potencial . Una vez que el giroscopio interno alcanza la velocidad suficiente, la persona que sostiene el dispositivo puede acelerar la masa giratoria a altas velocidades de rotación moviendo la muñeca en un movimiento circular. La fuerza ejercida sobre el usuario aumenta a medida que aumenta la velocidad del giroscopio interno.

Dentro de la carcasa exterior, la masa giratoria está fijada a un delgado eje metálico , cuyos extremos quedan atrapados en una ranura circular ecuatorial de la carcasa. Un anillo ligero con dos muescas para los extremos del eje descansa en la ranura. Este anillo puede deslizarse dentro de la ranura, permitiendo que la bola gire perpendicularmente al eje de rotación del anillo.

Para aumentar la velocidad angular de la bola, los lados de la ranura ejercen fuerzas sobre los extremos del eje. Las fuerzas normal y axial no tienen efecto, por lo que la fuerza tangencial debe ser proporcionada por la fricción del anillo que actúa sobre el eje. El usuario puede aplicar un par a la bola inclinando la carcasa en cualquier dirección, excepto en el plano de la ranura o alrededor de un eje alineado con el eje. La inclinación produce un desplazamiento de los extremos del eje a lo largo de la ranura. La dirección y la velocidad del desplazamiento se pueden obtener a partir de la fórmula de la precesión de un giroscopio : el par aplicado es igual al producto vectorial de la velocidad angular de precesión y el momento angular de la masa giratoria. La velocidad de rotación de la bola interna aumenta a medida que aumenta el par total aplicado. La dirección del par no importa, siempre que sea perpendicular al plano de rotación de la bola. La fricción del anillo aumenta en el lado opuesto al plano de rotación. Este proceso obedece a la simetría con respecto al plano perpendicular al eje. La única restricción a este proceso es que la velocidad relativa de la superficie del eje y el lado de la ranura debido a la precesión,${\displaystyle {\mathit {\Omega }}_{\mathrm {P} }R_{\mathrm {surco} }}$debe superar la velocidad relativa debida a la rotación de la masa giratoria,${\displaystyle \omega r_{\mathrm {eje} }}$. El par mínimo requerido para cumplir esta condición es${\displaystyle I\omega ^{2}\left(r_{\mathrm {eje} }/R_{\mathrm {ranura} }\right)}$, donde I es el momento de inercia de la masa giratoria y ω es su velocidad angular .

Dado que la aceleración angular se produce independientemente de la dirección del par aplicado, siempre que este sea lo suficientemente grande, el dispositivo funcionará sin necesidad de ajustar con precisión el movimiento de accionamiento. La inclinación de la carcasa no tiene por qué seguir un ritmo específico con la precesión ni tener la misma frecuencia. Como la fricción cinética suele ser casi tan fuerte como la fricción estática en los materiales que se utilizan habitualmente, no es necesario aplicar exactamente el par necesario para que el eje ruede sin deslizarse por el lateral de la ranura. Estos factores permiten a los principiantes aprender a acelerar la rotación tras solo unos minutos de práctica.

Aplicando la proporcionalidad de la fuerza cinética de fricción a la fuerza normal ,${\displaystyle f_{\mathrm {k} }=\mu _{\mathrm {k} }F_{\mathrm {n} }}$, dónde${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }}$es el coeficiente de fricción cinética , se puede demostrar que el par de torsión que hace girar la masa es un factor de${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }\left(r_{\mathrm {eje} }/R_{\mathrm {ranura} }\right)}$menor que el par aplicado a la carcasa. Dado que la fuerza de fricción es esencial para el funcionamiento del dispositivo, la ranura no debe lubricarse para permitir que la fricción del anillo ejerza una fuerza sobre el giroscopio. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}