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Movimientos de Nutación y Balanceo producidos por el Efecto Giroscópico

Creada09-11-2007
Modificada22-06-2015
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Abril16

Nutación y Balanceo de la Tierra y la Luna

Por último, hay que considerar otro efecto colateral al movimiento del giróscopo: la Nutación.

Imaginemos un giróscopo girando en el espacio sin ser afectado por ninguna fuerza. Su eje permanecerá constante. Añadamos ahora un planeta que atraiga el giróscopo en un ángulo de 45º con respecto al eje de rotación.

La primera fuerza que aparece en el sistema es el intento de atraer a cada átomo del giróscopo, pero la parte más cercana del plano ecuatorial recibe una fuerza mayor que la opuesta, de ahí que el plano ecuatorial 'quiere' alinearse con el planeta. El efecto giroscópico hace que, en vez de desplazarse la parte más cercana del ecuador al planeta, en su lugar se desplace el punto situado 90º más tarde, pero sin cambiar la inclinación entre el plano de rotación del planeta y el sentido de la fuerza.

El eje del giróscopo 'precede' cambiando su dirección pero sin cambiar la inclinación respecto a la fuerza de atracción, por lo que el eje de rotación del giróscopo trazará un cono en el espacio, cono que en una peonza apoyada en el suelo tendrá su vértice en la punta, pero que en un planeta flotando en el espacio tendrá su punta en el centro del planeta.

Pero entre la aparición de la fuerza gravitatoria y la reacción del giróscopo hay un desfase de tiempo. Este desfase viene dado por el tiempo que un punto del ecuador del giróscopo tarde en recorrer los 90º desde el punto más 'bajo' del ecuador hasta el eje 'horizontal' del mismo.

Ese es el tiempo que el giróscopo tardará en reaccionar y generar el efecto de precesión, por consiguiente el primer movimiento del giróscopo será 'descender' ligeramente haciendo que el plano ecuatorial tenga un ligero movimiento de descenso. Una vez completado el giro de 90º, el efecto giróscopo cambia el movimiento de caída por el de precesión, pero ¡ya hay un movimiento de caída!, y ese movimiento no desaparece así como así, sino que continúa, aunque la fuerza del giróscopo hará que dicho vector sea cada vez más pequeño.

Movimiento de Nutación

Recordemos que el giróscopo originalmente estaba inclinado 45º por consiguiente su inclinación respecto a la fuerza de gravedad tenderá a ser siempre de 45º. Si el desfase entre la caída y la precesión hace que el eje se incline más de 45º el efecto giróscopo generará una fuerza vertical que será proporcional a la desviación y siempre en el sentido de recuperar la inclinación original del giróscopo.

Esta fuerza hace que el eje de rotación actúe como un muelle, desplazándose cada vez más despacio hasta alcanzar uno o dos grados por debajo de los 45º para después retomar su inclinación y volver a inclinarse la misma amplitud por encima, haciendo que el eje de rotación describa una curva ondulada dentro del movimiento de precesión.

La verdad, se tarda mucho más en explicarlo que el tiempo que necesita el trompo para detenerse.

Espero que esta explicación baste para que que comprendáis el efecto giroscópico que produce los movimientos de precesión y nutación o, al menos, para que comprendáis lo complicado que es todo esto.

Si estáis interesados en conocer las magnitudes exactas de estas desviaciones, podéis consultar en Internet o en un libro especializado las fórmulas matemáticas que describen con exactitud todos estos movimientos a partir de las masas, fuerzas y velocidades de giro implicadas. Si me lo permitís, aquí solo quiero describir e intentar explicar el hecho de que una fuerza aplicada a un planeta en rotación desde un punto alejado del plano de rotación provocará que su eje de rotación describa dos movimientos: la precesión y la nutación.

La Tierra Quiere a la Luna

Antes de esta, creo que necesaria, explicación, habíamos dejado la Tierra y la Luna girando ambas en el espacio, cada una rotando sobre su eje y al mismo tiempo girando ambas alrededor del centro de gravedad del sistema Tierra-Luna.

Recordemos que el plano de la órbita de la Luna está inclinado respecto al plano de rotación de la Tierra, y eso hace que algunas veces esté por encima del ecuador y otras por debajo.

La Luna ejerce una fuerza de atracción sobre la Tierra, pero la Tierra es muy grande y la fuerza que la Luna ejerce sobre la parte más cercana a ella es sensiblemente mayor que la ejercida sobre la más lejana. Esta diferencia, pequeña pero significativa, genera una fuerza resultante que se aplica al punto del ecuador más cercano a la Luna y que hace que el eje de la Tierra intente inclinarse para colocar su plano de rotación en el mismo plano orbital de la luna.

Lo intenta, tal como el trompo intenta caer atraido por la gravedad, pero el punto del ecuador de la Tierra que acaba siendo desviado es el situado 90º más adelante del que está más cerca de la Luna, y esto hace que, tal como el trompo de nuestro ejemplo, el ecuador de la Tierra 'baila', sin cambiar su inclinación, sobre el plano orbital de la Luna.

Si os resulta más fácil visualizarlo, el eje de la Tierra que atraviesa los polos traza un cono en el espacio, y en todo momento el eje de la Tierra conserva la misma inclinación respecto al plano orbital de la Luna.

De esta forma se producen los dos siguientes movimientos que podríamos llamar el Balanceo de la Orbita Lunar (M9), y asociada, la Nutación de la Órbita Lunar (M10).

El Balanceo de la Orbita Lunar podemos visualizarlo imaginando que la Tierra está detenida en el espacio con el ecuador en posición horizontal. La órbita de la Luna recorre un plano que está inclinado (es un ejemplo) unos cinco grados respecto al ecuador, con el eje vertical de la órbita apuntando a cinco grados de la Estrella Polar. Pues bien, imaginad que ese eje traza un círculo alrededor de la Estrella Polar, siempre a cinco grados. El plano orbital de la Luna iría girando, pasando siempre por el centro de la Tierra, pero balanceándose, tal como el ecuador de una peonza.

Y el hecho de que la Luna esté unas veces por encima del Ecuador de la Tierra, y otras por debajo, generará una fuerza de efecto giróscopo sobre la Tierra, efecto que, de ser mucho más fuerte de lo que es y/o de no existir otras influencias externas, provocarían dos movimientos adicionales en la Tierra: el Balanceo del Ecuador tras la Órbita Lunar (M11), y la Nutación Terrestre tras la Orbita Lunar (M12).

Siendo el movimiento de Nutación un efecto colateral del efecto giroscópico, vamos a prescindir de explicarlos, pero sí es importante que visualicemos cómo se produciría el Balanceo Ecuatorial de la Tierra bajo la influencia de un cuerpo que orbite a su alrededor.

La Luna Manda en la Tierra

Como hemos dicho antes, la órbita de la Luna alrededor de la Tierra recorre un plano que está inclinado respecto al ecuador de la misma, por lo que la Luna unas veces se encuentra por encima y otras por debajo del ecuador terrestre.

La Tierra está girando sobre su eje, y cuando la Luna está por encima del ecuador, atrae a la parte más cercana de la Tierra hacia arriba, y a la parte más lejana también la atrae hacia arriba, pero con una intensidad menor.

Esto provoca una fuerza resultante que hace que el punto del ecuador más cercano a la Luna 'quiera subir' con más fuerza que el más lejano, lo que provoca un torque, una fuerza descompensada que intenta inclinar el Ecuador hacia la Luna.

Por el efecto giroscópico, la parte de la Tierra que acaba subiendo no es la más cercana a la Luna, sino la situada 90º más tarde, provocando un balanceo circular del ecuador alrededor del plano orbital de la Luna.

Es decir, la traslación orbital de la Luna alrededor de la Tierra en rotación, estando ambos planos inclinados originalmente, hace que ambos planos, el orbital de la Luna y el ecuatorial de la Tierra bailen de forma simétrica los unos respecto a los otros. La órbita lunar se balancea respecto al ecuador terrestre y éste se balancea al mismo tiempo respecto a aquella.

Visualizar esta imagen puede resultar difícil, pero si tomamos como referencia el plano ecuatorial de la Tierra veremos que el eje de la órbita lunar traza un círculo alrededor de nuestra estrella polar. Si, en cambio, tomamos como referencia la órbita lunar, veremos que es la Tierra la que, mientras va rotando en el espacio, apunta su eje en una dirección que traza un círculo alrededor del eje de la órbita lunar.

Si tomamos como referencia un punto fijo del espacio, veremos que ambos cuerpos están cambiando la dirección de sus ejes en un baile en el que resulta difícil averiguar cuál es el bailarín que está llevando a su pareja.

El caso es que ambos cuerpos están bailando el uno alrededor del otro, conservando siempre la misma inclinación de los ejes entre sí, y así seguirían para siempre si...

¡Si no fuera de nuevo por el gradiente gravitacional!

Mientras la Tierra se balancea sobre el plano orbital de la Luna, debería conservar siempre la misma inclinación, pero el movimiento de Nutación hace que la Tierra vaya 'cabeceando' y variando su inclinación de una forma cíclica. Debido al hecho de que es más fácil bajar que subir, la fuerza ejercida sobre la Tierra en el tiempo en el que la nutación es positiva, ¡es menor! que el ejercido cuando la nutación es negativa, y eso hace que en cada 'cabeceo', el plano ecuatorial de la Tierra acabe quedando ligeramente más cerca del plano orbital de la Luna.

El resultado es que hay una tendencia a la Igualación de los Planos Ecuatoriales (M13) de la Tierra y la Luna con el Plano Orbital de la Luna.

Todos los pares de cuerpos en órbita (la Tierra y la Luna, o cualesquiera otros cuerpos, sean estrellas, planetas, satélites o asteroides) tienden a igualar sus planos orbitales, aunque es un proceso sumamente lento y pasarán muchos, muchos millones de años antes de que el plano ecuatorial de la Tierra y de la Luna acaben igualándose al plano de la órbita lunar.

Bueno, pasarían.

Si no existieran otras influencias externas, estos serían todos los movimientos que afectarían a la Tierra y la Luna, pero recordad que estamos hablando de un supuesto teórico en el que la Tierra y la Luna están totalmente aislados en el universo y no hay otras fuerzas que les afecten, cosa que, en cuanto os asoméis a la ventana veréis que no es cierto, pues también debemos incluir en nuestro estudio al objeto celeste más importante para el tema que nos ocupa: El Sol .

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