Una delle macchine semplici più
straordinarie tra quelle esistenti è senza dubbio il giroscopio.
Si tratta essenzialmente di una massa cilindrica ben equilibrata
che compie, seguendo precise leggi che ne regolano la rotazione
veloce attorno all'asse centrale, delle azioni del tutto particolari.
Uno dei principi fondamentali di un giroscopio montato su supporto
cardanico con tre assi di rotazione che lo lascia libero di ruotare
in tutte le direzioni, è quello di mantenere sempre fisso
il proprio orientamento qualunque sia la posizione nello spazio
della base su cui il giroscopio stesso è appoggiato anche
se essa varia da un momento all'altro. Si tratta di una proprietà
normalmente utilizzata per la definizione della rotta degli aerei
e dei mezzi nautici. Un altro impiego importante del dispositivo
di cui si discute, basato sulle sue straordinarie doti di stabilità,
è quello inerente l'attenuazione del rollio delle navi
in caso di mare mosso. E' infine noto come un giroscopio che ruoti
attorno ad un piano leggermente inclinato rispetto alla verticale
generi una spinta orizzontale orientata nel verso del movimento
rotatorio. Quelli citati sono fenomeni provocati dalla rotazione
veloce di masse perfettamente equilibrate rispetto all'asse di
rotazione.
Si vuole ora esaminare un giroscopio
assolutamente particolare in quanto dotato della possibilità
di modificare il suo assetto tramite creazione di uno squilibrio,
opportunamente regolato, delle sue masse rotanti. Il risultato
che se ne vuole ritrarre è la trasformazione del moto circolare
in moto rettilineo utilizzabile in molteplici applicazioni. Ad
esempio se installato in un natante il nuovo giroscopio potrebbe
sostituire sia l'elica che il timone consentendo di applicare
al mezzo la spinta in avanti o di lato in una qualsivoglia direzione
come pure di arrestare il natante con una spinta volta all'indietro.
Il propulsore in progetto è composto da due rotori concentrici,
del tipo schematicamente rappresentato nella fig.1 allegata, e
che girano in sincronia ma con sensi di rotazione opposti in modo
che gli elementi rotanti costituiscano sempre delle coppie simmetriche
rispetto all'asse principale del sistema.
Ogni rotore si compone di due parti distinte e cioè, in
primo luogo, dalla piastra fissa di base la cui caratteristica
fondamentale è quella di essere dotata di una grande apertura
circolare entro la quale ruota il secondo elemento costituito
da due masse l'una diametralmente opposta all'altra ed ambedue
spinte da guide rotanti attorno all'asse del perno centrale cui
sono fissate radialmente. Le masse sono libere di scorrere lungo
le guide e pertanto, in virtù della forza centrifuga, tendono
ad allontanarsi dal centro di rotazione portandosi a ridosso della
apertura circolare della piastra di base sulla quale esercitano
in continuazione una spinta radiale.
In definitiva sono presenti quattro masse (due per ogni rotore),
le quali, considerando un regime di lavoro standard a velocità
costante del motore che imprime il moto all'insieme, percorrono
in ogni caso una traiettoria circolare definita dalla circonferenza
della apertura citata. Pur girando ad una velocità che
mantiene nel tempo il medesimo numero di giri per minuto, la velocità
lineare periferica delle masse rimane costante solo allorché
l'asse del rotore e quello del foro circolare della piastra sono
coincidenti (vedi fig. 2). In questo caso, considerato che le
due piastre sono intimamente collegate tra di loro in modo da
costituire un blocco unico, risultano applicate al dispositivo
quattro forze aventi tutte lo stesso valore e, due per due, con
direzioni contrapposte per cui si elidono a vicenda (vedi fig.
2). La forza risultante finale è nulla ed il dispositivo
non è, a tale regime detto di riposo, né più
né meno che un normale giroscopio.
Quando invece il rotore viene spostato
allontanandolo dall'asse principale della piastra di base, la
velocità lineare delle masse varia continuamente con una
corrispondente modificazione anche della spinta dovuta alla forza
centrifuga. In pratica ognuna delle quattro masse, essendo libera
di scorrere lungo le guide, ha, in quest'ultimo caso chiamato
regime di lavoro, una velocità angolare costante ma un
raggio di rotazione reale che varia continuamente. Ne consegue,
come detto, una continua variazione nella spinta centrifuga.
Ad esempio se il centro di rotazione
viene spostato, facendo riferimento alle figure 2 e 3, verso l'alto,
le forze che risultano applicate al dispositivo sono quelle schematicamente
rappresentate nella fig. 3 ed esse, a loro volta scomposte nelle
componenti parallele agli assi principali, indicano la presenza
di quattro sforzi orizzontali che si elidono a vicenda essendo,
a due a due, contrapposti e della medesima entità. Sussistono
poi due forze verticali dirette verso il basso della figura che
sono nettamente superiori alla coppia di forze che vi si oppongono
cioè a quelle dirette verso l'alto. La risultante generale
è una forza che varia da istante ad istante ma che è
sempre diretta verso il basso della figura, nel mentre non sussistono
forze aventi altre direzioni.
Per quanto riguarda le forze di reazione all'azione esercita dalla
rotazione delle masse, si fa notare che, essendo queste ultime
libere di scorrere lungo le guide, la reazione stessa non può
essere che di tipo angolare e in ogni caso formata da coppie di
spinte contrapposte che si annullano a vicenda.
In definitiva la risultante del moto rotatorio descritto è
una forza avente direzione definita dalle modalità di spostamento
dei rotori e che, se applicata al natante di cui all'esempio di
prima, è in grado di imprimergli una spinta che è
possibile orientare in tutte le direzioni. Se, ad esempio, lo
spostamento avviene verso destra, il natante andrà a destra,
se spostato all'indietro rispetto alla direzione di marcia, la
spinta tende a frenare il veicolo. Si tratta di una spinta pulsante
però, facendo ruotare i rotori ad alta velocità,
gli impulsi risultano così ravvicinati da farla risultare,
praticamente, continua. Sarà il veicolo, con la sua notevole
massa, a far da volano regolarizzatore della spinta. Se necessario
sarà sempre possibile migliorare ulteriormente i risultati
aumentando il numero delle masse di ciascun rotore e cioè
portandole da due a quattro oppure a otto od anche più.
Chi scrive queste note non ha una grande
conoscenza delle leggi che vigono nel moto dei corpi nello spazio.
E' quindi possibile che le spinte generate dalle masse rotanti
siano diverse da quelle indicate, che non siano, ad esempio, sempre
in direzione radiale. Si può però affermare con
certezza che tali spinte, comunque orientate, sono simmetriche
rispetto all'asse principale e che, come già spiegato,
il risultato finale registra delle componenti trasversali che
si annullano a vicenda ed una forza risultante assolutamente diretta
in un unico senso definibile a piacere, il che è quanto
interessa ai fini da raggiungere.
Occorre a questo punto precisare che il rotore n. 2 prima descritto
è solo una figura teorica citata allo scopo di rendere
comprensibile le azioni in gioco. Nella realtà esso deve
essere sdoppiato in due parti identiche e ciascuna con le masse
ridotte ad una metà del valore prima considerato al fine
di ottenere dei pesi esattamente equivalenti a quelli originari.
I due minirotori, che vengono così a sostituire il rotore
n. 2, devono essere installati con tutti gli assi di rotazione
assolutamente coincidenti ma, al tempo stesso, ubicati l'uno al
di sopra e l'altro al di sotto del rotore n.1 allo scopo di poter
svolgere esattamente la funzione prima indicata ma, fiancheggiando
da ambo i lati l'altro rotore, evitare anche che abbia a verificarsi
la rotazione del dispositivo attorno ad un asse perpendicolare
a quello principale come si verificherebbe nel caso i rotori fossero
solo due e fossero posti l'uno sopra l'altro.
Anche se non espressamente indicato, è sottinteso che tutte
le parti mobili del dispositivo sono munite degli accessori come
cuscinetti a sfere, bronzine, impianto di lubrificazione ecc.
ecc. atti a ridurre al minimo gli attriti.
Onde migliorare l'effetto giroscopico dell'insieme sarebbe bene
che la rotazione fosse impressa da un motore elettrico avente
l'asse coincidente con quello dei rotori. Motore e giroscopio
così installati potrebbero essere contenuti in una cassa
a tenuta ermetica entro la quale mantenere il vuoto al fine di
ridurre l'effetto frenante dell'aria nei riguardi delle delle
masse rotanti.
Il dispositivo propulsore in argomento potrebbe trovare numerose
applicazioni potendo, potenzialmente, essere usato per imprimere
velocità a tutti i veicoli a motore, e tutte le volte che
si debba spostare una oggetto in una qualunque direzione. Dovendolo
applicare alle automobili si possono prevedere almeno due distinte
possibilità. Come propulsore unico il dispositivo sembrerebbe
atto ad imprimere e mantenere la velocità ad un veicolo
avente le ruote in folle cioè libere di girare attorno
al proprio asse ed anche di orientarsi in una qualsiasi direzione:
sarà il giroscopio che, letteralmente, trascinerà
il veicolo nella direzione scelta dall'operatore mediante lo spostamento
dei rotori. I vantaggi sono evidenti: ottima tenuta di strada
sia in rettifilo che in curva, anche in presenza di pavimentazione
sdrucciolevole, perché non più affidata, come accade
attualmente, all'attrito fra gomma e pavimentazione, grande stabilità
dovuta alla presenza del giroscopio, possibilità di effettuare
spostamenti laterali per parcheggiare in aree poco più
lunghe del veicolo, ecc. Il dispositivo potrebbe essere installato,
in alternativa a quanto detto, quale sussidio al motore tradizionale
per offrire alcuni dei vantaggi citati.
Come già spiegato la limitata
conoscenza della teoria inerente il moto dei gravi da parte dell'autore
pone una grossa remora sulla validità del tema fin qui
svolto per cui si renderebbe necessaria una verifica teorica generale
ed una simulazione delle varie funzioni tramite modello in scala
ridotta. Si invitano pertanto i lettori a collaborare con la critica
ai concetti esposti e con suggerimenti volti a migliorarne i contenuti.
Ove esistesse la possibilità di costruzione del modello
a modica spesa da parte di qualche dilettante appassionato di
meccanica, l'autore potrebbe contribuirvi direttamente.