Qué es un péndulo

Un péndulo es un sistema formado por un objeto suspendido de un punto fijo que oscila hacia adelante y hacia atrás bajo la acción de la gravedad. Su movimiento es un ejemplo clásico de movimiento armónico simple cuando las oscilaciones son pequeñas. Existen varios tipos, como el péndulo simple y el péndulo físico, cada uno con sus propias características y fórmulas para calcular el período.

Tipos de péndulos

Existen diferentes tipos de péndulo según su construcción y aplicación. Los más comunes son el péndulo simple, el péndulo físico y el péndulo de torsión.

Péndulo simple

Está formado por una masa puntual (llamada bob) suspendida de un hilo o varilla ligera. Es el modelo más usado para estudiar el movimiento armónico simple en física.

Péndulo físico

Consiste en un cuerpo rígido que oscila alrededor de un punto de suspensión. Se utiliza para calcular momentos de inercia y estudiar sistemas más complejos que el péndulo simple.

Péndulo de torsión

En lugar de oscilar por la gravedad, rota alrededor de su eje debido a la torsión de un alambre. Es común en relojes de precisión y experimentos de laboratorio.

Partes de un péndulo

Un péndulo, sin importar su tipo, está compuesto por varios elementos clave que determinan su funcionamiento:

Masa (bob)

Es el peso que cuelga del péndulo. Su forma y densidad pueden influir en la resistencia del aire, pero no afectan al periodo si el movimiento es ideal.

Cuerda o varilla

Elemento que sostiene la masa y define la longitud del péndulo. Puede ser flexible (hilo) o rígido (varilla metálica o de madera).

Punto de suspensión

Es el lugar donde se fija la cuerda o varilla. Actúa como eje de giro y determina la estabilidad del movimiento.

Movimiento de un péndulo. Fuerza, energía y período

Un péndulo se mueve gracias a la fuerza de gravedad, que actúa como fuerza restauradora. Cuando la masa se desplaza de su posición de equilibrio y se suelta, la gravedad tira de ella hacia abajo, convirtiendo energía potencial en energía cinética en un ciclo que se repite. E en la parte más alta, el péndulo tiene energía potencial máxima y velocidad cero; al pasar por el punto más bajo, tiene energía cinética máxima y velocidad máxima; el movimiento continúa alternando entre estas dos formas de energía

Fuerzas en un péndulo

En un péndulo, el movimiento está gobernado principalmente por dos fuerzas:

La gravedad, que siempre actúa hacia el centro de la Tierra y es la responsable de que el péndulo vuelva a su posición de equilibrio.

La tensión en la cuerda o varilla, que mantiene la masa en su trayectoria circular y compensa parte del peso.

En cada oscilación, estas fuerzas interactúan para acelerar o frenar la masa según su posición.

Energía en el péndulo

En un péndulo ideal (sin rozamiento), la energía mecánica total se conserva, transformándose entre:

Energía potencial gravitatoria, máxima cuando la masa está en su punto más alto.

Energía cinética, máxima en la posición de equilibrio, donde la velocidad es mayor.

En el mundo real, el rozamiento con el aire y las fricciones internas disipan parte de esta energía, reduciendo la amplitud con el tiempo.

Período de un péndulo

El período es el tiempo que tarda el péndulo en realizar una oscilación completa. Para un péndulo simple, con oscilaciones pequeñas y en condiciones ideales (sin rozamiento ni resistencia del aire), el periodo T se calcula con la siguiente fórmula:

T = 2π√(L/g)

Donde:

L es longitud de la cuerda o varilla

g es la aceleración de la gravedad

Aplicaciones de los péndulos

Los péndulos se utilizan en la medición del tiempo, como en los relojes de péndulo, y en experimentos de física para determinar la gravedad o estudiar el movimiento armónico simple. También aparecen en aplicaciones modernas, como sensores y dispositivos de navegación, y han capturado la imaginación popular como símbolos de precisión y estabilidad. A lo largo de la historia, su estudio ha permitido avances importantes en mecánica y física experimental.