Puede parecer que los giroscopios se comportan de una manera muy extraña, pero un estudio de su física subyacente muestra que reaccionan al mundo externo de maneras muy lógicas y predecibles. La clave para comprender los giroscopios es comprender el concepto de momento angular. Esto es similar a su contraparte lineal pero con algunas diferencias notables.
La mayoría de la gente comprende bien el impulso lineal. Un objeto que se mueve tiende a seguir haciéndolo con la misma dirección y velocidad a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Cuando esto sucede, la velocidad o la dirección cambian de forma intuitiva.
El momento angular es similar, pero el vector que representa su dirección está alineado con el eje de giro. Cuando una fuerza actúa sobre un objeto que gira, actúa sobre este vector tal como lo haría en un caso lineal. La diferencia es que el cambio de momento resultante no está en la dirección de la fuerza, sino en ángulo recto tanto con ella como con el vector de momento.
Cualquier objeto giratorio adquirirá características giroscópicas, pero el efecto se acentúa si el objeto está hecho con más masa que se concentra más lejos del eje de giro. Esto le da al objeto que gira más momento angular. Los diseños de giroscopio más eficientes utilizan una masa más pesada y concentrada que se equilibra alrededor de un punto de pivote de baja fricción.
La principal cualidad de un giroscopio es que es estable. Una vez que se hace girar un gryo, tiende a permanecer en la misma orientación y cualquier fuerza aplicada para reorientar el eje de giro se encuentra con una fuerza resistiva. Esto se conoce como conservación del momento angular. Así como un automóvil a toda velocidad tiende a continuar su camino a menos que una fuerza abrumadora cambie su impulso, una peonza intenta seguir girando con su eje orientado en la misma dirección.
Los giroscopios se utilizan ampliamente como instrumentos en dispositivos de referencia inerciales. Se pueden encontrar en aviones, misiles y satélites. Los efectos giroscópicos también se encuentran en objetos más comunes. Son responsables de la estabilidad de una bicicleta en movimiento y un yoyo giratorio.
La característica más singular de un giroscopio es la precesión, que le da al dispositivo su aparente capacidad para desafiar la gravedad. El movimiento que contrarresta cualquier fuerza que intente realinear el eje de giro se dirige de modo que el giróscopo permanezca en posición vertical. En lugar de caer por la fuerza de la gravedad, se endereza moviéndose hacia los lados.