Péndulo para niños

El péndulo (que viene del latín pendŭlus, que significa "pendiente") es un objeto que puede balancearse de un lado a otro. Imagina una masa que cuelga de un punto fijo con un hilo o una varilla. Cuando la mueves de su posición de reposo, la gravedad la hace oscilar.

Existen muchos tipos de péndulos, cada uno con un nombre y uso especial: el péndulo simple, el péndulo compuesto, el péndulo de Foucault y el péndulo de torsión, entre otros.

Los péndulos se usan para muchas cosas, como medir el tiempo en los reloj de péndulos o los metrónomos, y también para medir la fuerza de la gravedad.

Historia del péndulo

Réplica del sismómetro de Zhang Heng. El péndulo estaba dentro.

Uno de los primeros usos de un péndulo fue en un aparato llamado sismómetro. Este fue creado en el siglo I por el científico chino Zhang Heng, durante la dinastía Han. Su sismómetro tenía un péndulo oculto en su interior. Cuando un terremoto lejano hacía temblar el aparato, el péndulo se movía y activaba unas palancas. Esto hacía que una pequeña bola cayera de una urna a la boca de uno de ocho sapos de metal, indicando la dirección del terremoto.

Algunas historias dicen que el astrónomo egipcio Ibn Yunus usó un péndulo para medir el tiempo en el siglo X. Sin embargo, se ha descubierto que esto fue un error de un historiador británico en 1684.

Durante el Renacimiento, se usaban péndulos grandes, movidos a mano, para dar energía a máquinas como sierras o bombas. Leonardo da Vinci dibujó mucho sobre el movimiento de los péndulos, pero no se dio cuenta de lo útiles que serían para medir el tiempo.

1602: Las investigaciones de Galileo

El famoso científico italiano Galileo Galilei fue el primero en estudiar a fondo los péndulos, empezando alrededor de 1602. Se dice que su interés comenzó en 1582, al observar un candelabro balanceándose en la catedral de Pisa. Galileo descubrió una propiedad muy importante de los péndulos, llamada isocronismo. Esto significa que el tiempo que tarda un péndulo en hacer una oscilación completa (su período) es casi el mismo, sin importar qué tan grande sea el balanceo. También notó que el período no depende del peso del objeto que cuelga, sino de la longitud del hilo.

Galileo usó péndulos para medir el tiempo en aplicaciones sencillas. Su amigo médico, Santorio Santorii, inventó un aparato llamado pulsilogium. Este medía el pulso de un paciente usando la longitud de un péndulo. En 1641, Galileo le dio a su hijo Vincenzo la idea para un reloj de péndulo. Vincenzo empezó a construirlo, pero no lo terminó antes de fallecer en 1649.

1656: El reloj de péndulo

El primer reloj de péndulo

En 1656, el científico neerlandés Christiaan Huygens construyó el primer reloj de péndulo. Esto fue un gran avance para los relojes de la época. Su precisión mejoró muchísimo, pasando de desviarse unos 15 minutos al día a solo unos 15 segundos al día. Los péndulos se hicieron muy populares en Europa, y muchos relojes antiguos fueron modificados para incluir uno.

El científico inglés Robert Hooke estudió el péndulo cónico alrededor de 1666. Este péndulo se balancea en dos direcciones, haciendo que el objeto que cuelga gire en un círculo o una elipse. Hooke usó este movimiento para entender cómo se mueven los planetas en sus movimientos orbitales. En 1679, Hooke le sugirió a Isaac Newton que el movimiento orbital tenía una parte de movimiento en línea recta y otra de atracción hacia el centro. Esto pudo ayudar a Newton a formular su ley de la gravitación universal.

Robert Hooke también sugirió en 1666 que los péndulos podían usarse para medir la fuerza de la gravedad.

Durante una expedición a Cayena, Guayana Francesa en 1671, Jean Richer descubrió algo interesante. Un reloj de péndulo se atrasaba dos minutos y medio al día en Cayena comparado con París. De esto, dedujo que la fuerza de la gravedad era menor en Cayena.

Péndulo simple o matemático

Componentes del peso de la masa pendular.

También se le llama péndulo ideal. Imagina un hilo que no se estira y que no pesa nada, colgado de un punto fijo. En el otro extremo del hilo, hay una masa muy pequeña. Este péndulo se balancea libremente en un plano vertical.

Cuando mueves la masa de su punto de equilibrio, esta se balancea de un lado a otro, siguiendo una trayectoria circular. Este movimiento se repite una y otra vez, por lo que se le llama movimiento periódico.

Cómo se mueve el péndulo

Para entender cómo se mueve, mira la imagen. La flecha azul muestra el peso de la masa. Las flechas violetas muestran cómo ese peso se divide en dos partes: una que empuja la masa a lo largo de su camino (tangencial) y otra que la mantiene en el círculo (normal).

Usando la Segunda ley de Newton, que dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleración, podemos escribir una ecuación que describe el movimiento del péndulo. Esta ecuación nos ayuda a predecir dónde estará el péndulo en cada momento.

Cuánto tarda en oscilar

El tiempo de oscilación de un péndulo. Para balanceos pequeños, el tiempo es casi el mismo.

Galileo Galilei notó que el periodo de oscilación (el tiempo que tarda en ir y volver) de un péndulo es casi el mismo, sin importar qué tan grande sea el balanceo, siempre que este sea pequeño. Sin embargo, sí depende de la longitud del hilo.

Para balanceos pequeños, el tiempo que tarda un péndulo simple en oscilar se puede calcular con una fórmula sencilla:

Donde:

• T es el período (el tiempo de una oscilación completa).
• π es el número pi (aproximadamente 3.14159).
• ℓ es la longitud del hilo del péndulo.
• g es la aceleración de la gravedad (aproximadamente 9.8 metros por segundo al cuadrado en la Tierra).

Para balanceos más grandes, la fórmula se vuelve más complicada, pero la idea principal es la misma: el período depende de la longitud y la gravedad.

Péndulo esférico

Péndulo de Foucault en el hemisferio sur.

Un péndulo esférico es un tipo de péndulo que puede moverse en dos direcciones diferentes al mismo tiempo. Imagina que el objeto que cuelga se mueve sobre la superficie de una esfera.

Un ejemplo famoso de péndulo esférico es el péndulo de Foucault. Este péndulo se usa para demostrar que la Tierra está girando. Su movimiento no se repite exactamente, pero se acerca mucho a repetir su trayectoria con el tiempo.

Galería de imágenes

• 

  Péndulo simple en movimiento armónico con oscilaciones pequeñas.

• 

  Péndulo en la Catedral Metropolitana, Ciudad de México.

Véase también

En inglés: Pendulum Facts for Kids