¿Qué afecta la velocidad de oscilación de un péndulo?

Un péndulo es un dispositivo simple compuesto por un peso suspendido en una cuerda, alambre, metal u otro material que se balancea hacia adelante y hacia atrás. Los péndulos se han utilizado en relojes de pie y similares para mantener el tiempo. Los principios científicos gobiernan lo que afecta la velocidad de oscilación del péndulo. Estos principios predicen cómo se comporta un péndulo en función de sus características.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

Las fuerzas de la gravedad, la masa del péndulo, la longitud del brazo, la fricción y la resistencia del aire afectan la velocidad de oscilación.

Tira de un péndulo hacia atrás y suéltalo. Puede dejar que el péndulo oscile hacia adelante y hacia atrás por sí solo o, en el caso de un reloj, hacer que oscile impulsado por los engranajes. De cualquier manera, el principio del movimiento periódico afecta al péndulo. La fuerza de la gravedad tira del peso, o se balancea, hacia abajo mientras se balancea. El péndulo actúa como un cuerpo que cae, moviéndose hacia el centro de movimiento a un ritmo constante y luego regresando.

La velocidad de oscilación, o frecuencia, del péndulo está determinada por su longitud. Cuanto más largo sea el péndulo, ya sea una cuerda, una varilla de metal o un alambre, más lento oscilará el péndulo. Por el contrario, cuanto más corto sea el péndulo, más rápida será la velocidad de oscilación. Esto representa un principio absoluto que siempre funcionará sin importar el tipo de diseño. En relojes de abuelo con péndulos largos o relojes con péndulos más cortos, la velocidad de oscilación depende de la longitud del péndulo.

La amplitud se refiere al ángulo de oscilación, o qué tan atrás se balancea el péndulo. Un péndulo en reposo tiene un ángulo de 0 grados; tire de él hacia atrás a la mitad entre el reposo y el paralelo al suelo y tendrá un ángulo de 45 grados. Inicie un péndulo y determine la amplitud. Experimente con diferentes puntos de partida y descubrirá que la amplitud no afecta la velocidad de oscilación. El péndulo tardará la misma cantidad de tiempo en volver a su punto de partida. Una excepción implica un ángulo muy grande, más allá de cualquier oscilación razonable para un reloj o cualquier otro dispositivo. En ese caso, la velocidad de oscilación se verá afectada a medida que el péndulo vaya más rápido.

Un factor que no afecta la tasa de swing es el peso del bob. Aumente el peso en el péndulo y la gravedad simplemente tira más fuerte, igualando el peso adicional. Como señala School for Champions, la fuerza de gravedad sobre cualquier objeto que cae es la misma sin importar la masa del objeto.

En una aplicación del mundo real, la resistencia del aire afecta la velocidad de oscilación. Cada swing encuentra esa resistencia y ralentiza el swing, aunque puede que no sea suficiente para que se note durante un swing. La fricción también ralentiza el swing. Si el péndulo se balancea debido a la inercia de la liberación inicial, eventualmente se detendrá.

La velocidad de oscilación de un péndulo se ajusta cuando se coloca muy cerca de otro péndulo. Este fenómeno se llama vibración simpática. Los péndulos transmiten movimiento y energía de un lado a otro. Esta transferencia eventualmente hará que la velocidad de oscilación de un péndulo sea idéntica a la del otro péndulo.