Galileo Galilei (1564-1642) estudió por primera vez por qué oscila un péndulo. Su trabajo fue el comienzo del uso de medidas para explicar fuerzas fundamentales.
Christiaan Huygens aprovechó la regularidad del péndulo para construir el reloj de péndulo en 1656, que proporcionó una precisión que hasta entonces no se había logrado. Este nuevo dispositivo tenía una precisión de 15 segundos al día.
Sir Isaac Newton (1642-1727) hizo uso de este trabajo temprano mientras desarrollaba las leyes del movimiento. El trabajo de Newton, a su vez, condujo a desarrollos posteriores, como el sismógrafo para medir terremotos.
Características
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Los péndulos se pueden usar para mostrar que la Tierra es redonda. Los péndulos se balancean con un patrón confiable y operan con la fuerza invisible de la gravedad, que varía según la altitud. Si el péndulo está directamente sobre el Polo Norte, el patrón de movimiento del péndulo parece cambiar en un período de veinticuatro horas, pero no es así. La Tierra gira mientras el péndulo permanece en el mismo plano de movimiento.
Hay diferentes formas de construir péndulos que cambian la forma en que oscilan. Sin embargo, la física básica detrás de cómo funcionan siempre sigue siendo la misma.
Estructura
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Se puede hacer un péndulo simple con una cuerda y un peso colgado de un solo punto. Se puede usar otro material para la cuerda, como una varilla o alambre. El peso, que se llama bob, puede ser de cualquier peso. El experimento de Galileo de dejar caer dos balas de cañón de diferentes pesos ilustra esto. Los objetos de diferente masa se aceleran bajo la fuerza de la gravedad a la misma velocidad.
Función
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La ciencia detrás del péndulo se explica a través de las fuerzas de la gravedad y la inercia.
La gravedad de la Tierra atrae el péndulo. Cuando el péndulo cuelga quieto, el cable y el peso están rectos y en un ángulo de 90 grados con respecto a la Tierra, ya que la gravedad tira de la cuerda y el peso hacia la Tierra. La inercia hace que el péndulo permanezca en reposo a menos que una fuerza lo haga moverse.
Cuando el alambre y el peso se mueven en un movimiento recto, el peso y el alambre actúan por inercia. Esto significa que dado que el péndulo ahora está en movimiento, sigue moviéndose, a menos que haya una fuerza que actúe para detenerlo.
La gravedad actúa sobre el péndulo mientras se mueve. La fuerza de movimiento disminuye a medida que la fuerza de gravedad actúa sobre el péndulo. El péndulo se ralentiza y luego vuelve al punto de partida. Esta fuerza de oscilación hacia adelante y hacia atrás continúa hasta que la fuerza que inició el movimiento no es más fuerte que la gravedad, y luego el péndulo vuelve a estar en reposo.
La gravedad no está tirando del péndulo hacia atrás para volver al punto inicial a lo largo del mismo camino. La fuerza de la gravedad empuja el péndulo hacia la Tierra.
Otras fuerzas actúan en oposición a la fuerza del péndulo en movimiento. Estas fuerzas son la resistencia del aire (fricción en el aire), la presión atmosférica (una atmósfera en el mar nivel, que disminuye a mayores altitudes) y la fricción en el punto donde la parte superior del cable está conectado.
Consideraciones
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Newton escribió en 1667, en Principia Mathematica, que debido a que la Tierra es elíptica, la gravedad ejerce un nivel diferente de influencia en diferentes latitudes.
Conceptos erróneos
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Cuando estudió el péndulo, Galileo descubrió que oscilaba con regularidad. Su oscilación, llamada su período, podría medirse. La longitud del cable en general no cambió el período del péndulo.
Sin embargo, más tarde, cuando se desarrollaron dispositivos mecánicos, como el reloj de péndulo, se descubrió que la longitud del péndulo cambia el período. Los cambios de temperatura dan como resultado un ligero cambio en la longitud de la varilla, con el resultado de un cambio en el período.