Consiste nella somma di 1000 euro. La commissione giudicatrice si riserva di erogare ulteriori premi ad altri concorrenti ritenuti meritevoli. Alla scuola vincitrice sarà consegnato il Trofeo Giroscopio, che sarà tenuto in consegna fino all’edizione successiva e poi sostituito da una targa.
Perché giroscopio
Immaginiamo un pesante disco e un’asta saldata nel suo centro perpendicolarmente al piano del disco. Immaginiamo di poter appoggiare al suolo l’altra estremità dell’asta in modo che il tutto se ne stia in equilibrio, perfettamente verticale. Quant’è facile far cadere questo oggetto? La risposta è: dipende se il disco sta ruotando. Se il disco è completamente fermo basterà, ovviamente, una piccolissima spinta per sbilanciarlo e farlo cadere, essendo l’equilibrio evidentemente instabile. Ma se il disco sta ruotando velocemente attorno al suo asse di simmetria, la reazione dell’oggetto sarebbe quella di cominciare a ondeggiare come se cercasse di riportarsi nella posizione vericale, senza riuscirci ma senza nemmeno cadere. Si tratta dell’effetto giroscopico, ed è esattamente lo stesso che si osserva nella trottola, che non si ribalta finché continua a ruotare.
L’effetto sopra descritto è perfettamente spiegabile e calcolabile nell’ambito della meccanica, quella branca della fisica e della matematica che si occupa del moto e delle sue cause, una disciplina che, nella sua versione moderna, inizia con gli esperimenti di Galileo, diviene una teoria compiuta con Newton (enunciata nella celebre opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica del 1687) e conosce un enorme sviluppo fino ai giorni nostri, grazie a strumenti matematici sempre più perfezionati e all’ingegno di grandi scienziati (come Lagrange, Hamilton e Poincaré, solo per citarne alcuni). E proprio a uno di tali scienziati, Léon Foucault (1819-1868) (lo stesso del famoso pendolo), si deve lo studio del giroscopio e delle sue applicazioni.
L’effetto giroscopico, ovvero la resistenza di un corpo, in rotazione attorno al suo asse di simmetria, ai cambiamenti di orientazione dell’asse stesso (la cosiddetta “tenacia dell’asse giroscopico”) è la manifestazione di una delle conseguenze più importanti delle leggi della meccanica: la conservazione del momento angolare. Il momento angolare L è una sorta di misura della “quantità totale di rotazione” di un corpo rispetto a un polo: nel semplice caso di un corpo che ruota attorno al proprio asse di simmetria, ogni punto del corpo contribuisce al valore di L con il prodotto della sua massa m per la sua velocità V per la sua distanza d dall’asse. Partendo dalle leggi di Newton, si può dimostrare che L si conserva, al pari dell’energia, in un sistema meccanico chiuso. Per illustrare la conservazione del momento angolare si ricorre spesso all’esempio di una ballerina o di una pattinatrice che ruota su se stessa. Quando la pattinatrice porta le braccia vicino al corpo la sua rotazione diviene più rapida e questo si spiega bene con la conservazione del momento angolare: infatti quando le braccia si avvicinano al corpo il contributo delle distanze d diminuisce, e questo deve essere compensato dall’aumento del contributo delle velocità V.
Per capire l’effetto giroscopico si deve fare un passo ulteriore, rispetto all’esempio della ballerina, e capire che L è una quantità vettoriale ovvero che è caratterizzata anche da una direzione (che è la direzione dell’asse di istantanea di rotazione). Dunque, la conservazione di L va intesa in senso vettoriale, ovvero non si conserverà solo la sua “intensità”, come nel caso della ballerina, ma anche la sua direzione. Ecco perché il giroscopio, se imperturbato, mantiene stabile il suo asse di rotazione e “risponde” a una perturbazione opponendosi alla variazione del proprio asse.
Il giroscopio ha notevoli applicazioni tecnologiche. Infatti la stabilità dell’asse dei giroscopi è oggi sfruttata, ad esempio, per stabilizzare l’assetto di navi, sottomarini e satelliti artificiali. Altra applicazione è la girobussola, un dispositivo che sfrutta l’effetto giroscopico per indicare la direzione del nord geografico (e non magnetico). Contrariamente a quanto molti pensano, invece, non è all’effetto giroscopico che si deve l’equilibrio della bicicletta. Questo fatto è stato dimostrato sperimentalmente dotando la bicicletta di un volano che, ruotando in senso contrario a quello delle ruote, fa in modo che il momento angolare totale sia nullo senza che per questo la bicicletta perda il suo equilibrio.