Il giroscopio è un dispositivo fisico costituito, nella sua forma classica, da un rotore massiccio assialsimmetrico messo in rapida rotazione attorno al proprio asse di simmetria, montato all’interno di una sospensione cardanica che permette all’asse di assumere un’orientazione arbitraria nello spazio.
Il principio di funzionamento si basa sulla conservazione del momento angolare (): in assenza di momenti torcenti esterni netti, un giroscopio ideale mantiene il proprio asse di rotazione fisso rispetto alle stelle fisse, opponendosi a qualsiasi tentativo di variarne l’inclinazione. Questo fenomeno è noto come “tenacia giroscopica”.
Se al giroscopio viene applicato un momento meccanico perpendicolare all’asse di rotazione, esso risponde con un moto rotatorio attorno a un asse perpendicolare sia al momento applicato che al proprio asse di spin. Questo fenomeno è chiamato precessione, governato dall’equazione cardinale della dinamica rotazionale:
dove è la velocità angolare di precessione.
I giroscopi meccanici sono il cuore storico dei sistemi di navigazione inerziale (orizzonte artificiale, virosbandometro), permettendo a navi, aerei e veicoli spaziali di orientarsi senza riferimenti esterni. Oggi, i pesanti e delicati sistemi meccanici rotanti sono stati in gran parte rimpiazzati da giroscopi ottici (Ring Laser Gyroscope - RLG e giroscopi a fibra ottica - FOG) basati sull’effetto Sagnac, o da microscopici sensori MEMS negli smartphone e nei droni commerciali.