Galileo Galilei (1564-1642) estudou primeiro por que um pêndulo oscila. Seu trabalho foi o início do uso de medidas para explicar as forças fundamentais.
Christiaan Huygens fez uso da regularidade do pêndulo para construir o relógio de pêndulo em 1656, o que proporcionou uma precisão que até então não havia sido atingida. Este novo dispositivo tinha precisão de 15 segundos por dia.
Sir Isaac Newton (1642-1727) fez uso desse trabalho inicial ao desenvolver as leis do movimento. O trabalho de Newton, por sua vez, levou a desenvolvimentos posteriores, como o sismógrafo para medição de terremotos.
Características
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Pêndulos podem ser usados para mostrar que a Terra é redonda. Os pêndulos balançam com um padrão confiável e operam com a força invisível da gravidade, que varia dependendo da altitude. Se o pêndulo estiver diretamente sobre o Pólo Norte, o padrão de movimento do pêndulo parece mudar em um período de 24 horas, mas não muda. A Terra gira enquanto o pêndulo permanece no mesmo plano de movimento.
Existem diferentes maneiras de construir pêndulos que mudam a maneira como eles oscilam. No entanto, a física básica por trás de como eles funcionam sempre permanece a mesma.
Estrutura
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Um pêndulo simples pode ser feito com uma corda e um peso pendurado em um único ponto. Outro material pode ser usado para a corda, como uma haste ou fio. O peso, chamado de bob, pode ter qualquer peso. A experiência de Galileu de lançar duas balas de canhão de pesos diferentes ilustra isso. Objetos de massas diferentes aceleram sob a força da gravidade na mesma taxa.
Função
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A ciência por trás do pêndulo é explicada pelas forças da gravidade e da inércia.
A gravidade da Terra atrai o pêndulo. Quando o pêndulo está parado, o fio e o peso ficam retos e formam um ângulo de 90 graus em relação à Terra, à medida que a gravidade puxa a corda e o peso para a Terra. A inércia faz com que o pêndulo fique em repouso, a menos que uma força o faça se mover.
Quando o fio e o peso são movidos em um movimento reto, o peso e o fio estão agindo sob inércia. Isso significa que, como o pêndulo agora está em movimento, ele continua se movendo, a menos que haja uma força que atue para fazê-lo parar.
A gravidade atua no pêndulo enquanto ele se move. A força motriz diminui à medida que a força da gravidade atua no pêndulo. O pêndulo desacelera e retorna ao ponto inicial. Essa força oscilante para frente e para trás continua até que a força que iniciou o movimento não seja mais forte do que a gravidade, e então o pêndulo está em repouso novamente.
A gravidade não está puxando o pêndulo de volta para retornar ao ponto inicial ao longo do mesmo caminho. A força da gravidade está puxando o pêndulo para baixo em direção à Terra.
Outras forças atuam em oposição à força do pêndulo em movimento. Essas forças são a resistência do ar (atrito no ar), a pressão atmosférica (uma atmosfera no mar nível, que diminui em altitudes mais elevadas) e atrito no ponto onde a parte superior do fio está conectado.
Considerações
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Newton escreveu em 1667, em Principia Mathematica, que devido à Terra ser elíptica, a gravidade exerce um nível diferente de influência em diferentes latitudes.
Equívocos
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Ao estudar o pêndulo, Galileu descobriu que ele oscilava regularmente. Seu balanço, chamado de período, pode ser medido. O comprimento do fio em geral não alterou o período do pêndulo.
Porém, mais tarde, à medida que dispositivos mecânicos foram desenvolvidos, como o relógio de pêndulo, descobriu-se que o comprimento do pêndulo muda o período. As mudanças de temperatura resultam em uma ligeira mudança no comprimento da haste, com o resultado sendo uma mudança no período.