Péndulo Simple / MAS

período, energía e isocronismo — animados

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por qué la masa no importa — Galileo tenía razón 🖖

Deja caer una bola de 10 kg y una pluma de 1 g desde la misma altura (sin resistencia del aire) y aterrizan al mismo tiempo. El mismo principio rige el péndulo: la gravedad atrae con más fuerza a una lenteja más pesada, pero esa lenteja también tiene más inercia. Los dos efectos se cancelan exactamente y la masa desaparece de la ecuación. Solo importan la longitud y la gravedad. Los dos péndulos animados abajo tienen la misma longitud pero diferente gravedad — la Tierra late rápido, la Luna late lento.

isocronismo — por qué el péndulo marca el tiempo 🖖

Empuja un péndulo con suavidad o dale un impulso fuerte: para oscilaciones moderadas, cada ida y vuelta dura casi exactamente lo mismo. Esta independencia de la amplitud se llama isocronismo, y por eso un péndulo mantiene el tiempo de forma estable aunque su oscilación se apague poco a poco. El período sigue T = 2π√(L/g), así que la longitud manda a través de una raíz cuadrada: para que el tic sea el doble de lento necesitas cuatro veces la longitud, no el doble.

un reloj que midió la forma de la Tierra 🖖

En 1672, el astrónomo Jean Richer llevó un reloj de péndulo preciso de París a Cayena, cerca del ecuador, y allí atrasaba unos 2,5 minutos al día. El péndulo no había cambiado; la gravedad sí. La Tierra gira, así que se abomba en el ecuador, donde g es más débil, alargando ligeramente cada período. Newton lo aprovechó: un humilde reloj había medido la forma del planeta, demostrando que la Tierra es un esferoide achatado y no una esfera perfecta.

Problemas de ejemplo

  • 1m, Tierra - L=1m, Tierra — T=2.006 s, la longitud clásica de un reloj de péndulo
  • 1m, Luna - L=1m, Luna (g=1.62) — T=4.939 s, 2.5× más lento que en la Tierra
  • 4m, Tierra - L=4m, Tierra — T=4.013 s; cuadruplicar la longitud duplica el período
  • ángulo grande - θ₀=75°, L=1m — T˜2.17 s; el período exacto es ~8% mayor que la aproximación de ángulo pequeño