Os giroscópios podem parecer se comportar de uma maneira muito estranha, mas um estudo de sua física subjacente mostra que eles reagem ao mundo externo de maneiras muito lógicas e previsíveis. A chave para entender os giroscópios é entender o conceito de momento angular. É semelhante à sua contraparte linear, mas com algumas diferenças notáveis.
O momento linear é bem compreendido pela maioria das pessoas. Um objeto que está se movendo tende a continuar fazendo isso com a mesma direção e velocidade, a menos que seja acionado por uma força externa. Quando isso acontece, a velocidade ou direção muda de forma intuitiva.
O momento angular é semelhante, mas o vetor que representa sua direção está alinhado com o eixo de rotação. Quando uma força atua em um objeto giratório, ela atua nesse vetor exatamente como faria em um caso linear. A diferença é que a mudança de momento resultante não está na direção da força, mas em ângulos retos com ela e com o vetor de momento.
Qualquer objeto giratório assumirá características giroscópicas, mas o efeito é acentuado se o objeto for feito com mais massa que está concentrada mais longe do eixo de rotação. Isso dá ao objeto giratório mais momento angular. Os designs de giroscópio mais eficientes usam uma massa mais pesada e mais concentrada que é equilibrada em torno de um ponto de articulação de baixa fricção.
A principal qualidade de um giroscópio é que ele é estável. Depois que um gryo é girado, ele tende a permanecer na mesma orientação e qualquer força aplicada para reorientar o eixo de rotação é recebida com uma força resistiva. Isso é conhecido como conservação do momento angular. Assim como um carro em alta velocidade tende a continuar em seu caminho a menos que uma força esmagadora mude seu momento, um pião tenta continuar girando com seu eixo orientado na mesma direção.
Os giroscópios são amplamente usados como instrumentos em dispositivos de referência inercial. Eles podem ser encontrados em aviões, mísseis e satélites. Os efeitos giroscópicos também são encontrados em objetos mais comuns. Eles são responsáveis pela estabilidade de uma bicicleta em movimento e de um ioiô giratório.
A característica mais original de um giroscópio é a precessão, que dá ao dispositivo sua aparente capacidade de desafiar a gravidade. O movimento que neutraliza qualquer força que tenta realinhar o eixo de rotação é direcionado para que o giroscópio permaneça em pé. Em vez de cair com a força da gravidade, ele se endireita movendo-se para os lados.