El bloqueo del cardán puede ocurrir en giroscopios, telescopios y otros dispositivos que se mueven en múltiples direcciones, y se produce cuando los cardanes o montajes se alinean de manera que evitan que el dispositivo se mueva en la dirección deseada. Un giroscopio es una rueda giratoria que se sostiene dentro de una serie de jaulas o soportes, y se usa en aviones y barcos para ayudar en la navegación. Cada jaula proporciona movimiento en una de las tres direcciones, lo que permite que el giroscopio se monte en un barco o avión en movimiento mientras se mantiene una orientación nivelada.
Los giroscopios se discutieron por primera vez en la literatura en el siglo XVIII y los instrumentos prácticos para barcos construidos en el siglo XIX. Elmer Sperry construyó el primer giroscopio para el control de piloto automático de aviones a principios del siglo XX. El beneficio de utilizar giroscopios para la navegación es que la rueda giratoria del giroscopio mantiene una orientación nivelada independientemente del movimiento del barco o la aeronave. La conexión del giroscopio a los instrumentos puede proporcionar un “horizonte artificial” o una vista del nivel del instrumento incluso durante tormentas en el mar o turbulencias de aviones.
Todos los objetos en el espacio se pueden describir mediante una combinación de tres ángulos que se definen mediante una fórmula matemática llamada ángulos de Euler. Estos tres ángulos a menudo se describen con los términos ejes x, y y z. Se dice que un dispositivo tiene tres grados de libertad cuando puede girar hacia arriba o hacia abajo, hacia la izquierda o hacia la derecha y hacia adentro o hacia afuera. Los giroscopios montados en tres jaulas, cada una de las cuales gira en uno de los tres ángulos, pueden, en teoría, girar en cualquier dirección necesaria para la navegación.
El efecto del bloqueo del cardán se puede ver en un giroscopio, pero puede ocurrir en dispositivos menos complicados. Por ejemplo, un espectador que rastrea un satélite por encima de su cabeza con un telescopio llegará a un punto en el que el telescopio apunte hacia arriba. En este punto, el espectador gira el telescopio 180 ° y puede seguir rastreando el satélite a medida que se mueve hacia el horizonte en la dirección opuesta.
El bloqueo del cardán ocurre si el objeto que se está rastreando, como un avión, se mueve por encima de la cabeza y luego cambia de dirección 90 ° y se aleja. En ese punto, el telescopio no puede girar hacia los lados, porque las monturas o los cardanes impiden el movimiento en esa dirección. El instrumento debe girarse o girarse sobre su soporte base para solucionar el problema.
Los humanos pueden adaptarse a estas situaciones, porque pueden reconocer que el telescopio no puede seguir rastreando la aeronave a menos que el telescopio se gire 90 °. El problema es que a menudo se pierde el seguimiento del objeto hasta que el espectador puede encontrarlo nuevamente en el ocular del telescopio. Esto también puede ocurrir con las antenas de radar que se utilizan para rastrear aeronaves que giran cuando se ubican por encima de la antena. El software de computadora debe estar escrito para compensar la pérdida de seguimiento debido al bloqueo del cardán.
En los giroscopios, hay varios ángulos donde el bloqueo del cardán puede ocurrir cuando las jaulas se alinean, lo que evita que el giroscopio gire. Como en el ejemplo del telescopio, ahora se impide que el giroscopio se mueva libremente y se dice que está “bloqueado por giroscopio”. Las aeronaves que realizan acrobacias aéreas, o vira y gira en direcciones inusuales, pueden provocar este comportamiento en sus instrumentos de navegación. Los pilotos que realizan estas maniobras a menudo bloquearán manualmente los instrumentos giroscópicos antes de las acrobacias aéreas para evitar el bloqueo del cardán y la tensión en los giroscopios.
La navegación de naves espaciales utiliza giroscopios para mantener un punto de referencia conocido. No hay horizonte en el espacio, y la posición debe ser determinada por su ubicación relativa a estrellas específicas, una técnica llamada navegación celeste. Cuando una nave espacial se tambalea o cambia de dirección, los giroscopios que mantienen la orientación de «nivel» pueden bloquear el cardán y causar una pérdida de referencia.
Los astronautas tuvieron que hacer referencia visual a las estrellas de navegación y restablecer el giroscopio para evitar errores de navegación. Una forma en que se resolvió el problema fue agregar un cuarto grado de libertad, otra jaula, que se montó en una orientación o ángulo diferente de las otras jaulas. Esto proporcionó movimiento incluso si dos jaulas estaban bloqueadas por el cardán, lo que permitió que el instrumento continuara navegando.