Come fa a rimanere in piedi la trottola e qual è il meccanismo che la fa girare senza cadere?
Per capire come funziona una trottola, dobbiamo approfondire un concetto fondamentale: il moto di precessione. Immaginiamo di avere una trottola giocattolo, come quella mostrata di recente anche nella serie tv Netflix, Squid Game. Cosa abbiamo tra le mani? Una sfera che gira intorno a un’asticella di legno che la passa da parte a parte, simile a un galleggiante per le comuni canne da pesca. Ora proviamo a darle un colpetto e iniziamo a farla girare su se stessa. Per qualche secondo (la durata dipende dalla velocità che abbiamo impresso lanciandola) la trottola mantiene una posizione perfettamente verticale. Addirittura, se cercate di sfiorarla, sentirete un piccolo colpo alla mano, come se volesse cacciarvi via. Ecco il momento angolare della trottola, ovvero una grandezza fisica che regola la rotazione di un corpo attorno a un asse.
Come funziona la trottola
A un certo punto, però, queste condizioni non riescono più a mantenersi. La punta della trottola “raschia” sul tavolo (o sul pavimento) e fa rallentare la rotazione (il momento angolare cambia perché l’attrito è una forze esterna) e inizia qualcosa che dà inizio alla fine del gioco. Questo qualcosa è il semplice fatto che l’asse di rotazione inizia a non essere più perfettamente verticale. Quando l’asse di rotazione perde la sua verticalità, ecco che la gravità (applicata al baricentro) non passa più per il punto d’appoggio. La trottola tende, quindi, a “cadere” per effetto di ciò che viene chiamato momento di una forza (in questo caso quella di gravità).
Come un giroscopio
La trottola, quindi, è un giroscopio, cioè un oggetto che può ruotare in modo simmetrico rispetto a uno dei suoi assi. Quando ruota, acquista una grande forza di inerzia. In particolare, l’asse di rotazione tende a mantenere la direzione di partenza: nel caso della trottola quella verticale. Inoltre se si applica all’asse una forza per farlo deviare, questa deve essere molto maggiore di quella che sarebbe necessaria se l’oggetto fosse fermo. E quanto più la rotazione è rapida, tanto maggiore deve essere la forza da impiegare. Per lo stesso principio, la bicicletta sta in piedi finché è in marcia: di fatto le ruote sono giroscopi e l’asse di simmetria è il mozzo, che mantiene la direzione orizzontale.
