I giroscopi possono sembrare comportarsi in modo molto strano, ma uno studio della loro fisica sottostante mostra che reagiscono al mondo esterno in modi molto logici e prevedibili. La chiave per comprendere i giroscopi è comprendere il concetto di momento angolare. Questo è simile alla sua controparte lineare ma con alcune differenze notevoli.
Il momento lineare è ben compreso dalla maggior parte delle persone. Un oggetto che si muove tende a continuare a farlo con la stessa direzione e velocità a meno che non venga azionato da una forza esterna. Quando ciò accade, la velocità o la direzione cambiano in modo intuitivo.
Il momento angolare è simile ma il vettore che ne rappresenta la direzione è allineato con l'asse di rotazione. Quando una forza agisce su un oggetto rotante, agisce su questo vettore proprio come farebbe in un caso lineare. La differenza è che la variazione della quantità di moto risultante non è nella direzione della forza ma perpendicolarmente sia a essa che al vettore della quantità di moto.
Qualsiasi oggetto rotante assumerà caratteristiche giroscopiche ma l'effetto è accentuato se l'oggetto è realizzato con più massa che si concentra più lontano dall'asse di rotazione. Questo dà all'oggetto rotante più momento angolare. I design del giroscopio più efficienti utilizzano una massa più pesante e più concentrata che è bilanciata su un punto di articolazione a basso attrito.
La qualità primaria di un giroscopio è che è stabile. Una volta che un gryo viene filato, tende a rimanere nello stesso orientamento e qualsiasi forza applicata per riorientare l'asse di rotazione incontra una forza resistiva. Questo è noto come conservazione del momento angolare. Proprio come un'auto in corsa tende a continuare il suo percorso a meno che una forza travolgente non cambi il suo slancio, una trottola cerca di continuare a girare con il suo asse orientato nella stessa direzione.
I giroscopi sono ampiamente utilizzati come strumenti nei dispositivi di riferimento inerziale. Possono essere trovati in aeroplani, missili e satelliti. Gli effetti giroscopici si trovano anche in oggetti più comuni. Sono responsabili della stabilità di una bicicletta in movimento e di uno yo-yo che gira.
La caratteristica più singolare di un giroscopio è la precessione, che conferisce al dispositivo la sua apparente capacità di sfidare la gravità. Il movimento che contrasta qualsiasi forza che cerca di riallineare l'asse di rotazione è diretto in modo che il giroscopio rimanga in posizione verticale. Invece di cadere per la forza di gravità, si raddrizza spostandosi lateralmente.