▷ Péndulo

En este post se explica qué son los péndulos y cuáles son sus características. Además, podrás ver cuáles son los diferentes tipos de péndulos.

Índice

¿Qué es un péndulo?

Un péndulo consiste en una masa suspendida de un punto fijo que puede oscilar libremente. Es decir, el péndulo es un sistema físico compuesto por una masa que cuelga de un punto fijo mediante un hilo o cuerda y que puede oscilar su posición de manera libre entre dos extremos.

Cuando se desplaza la masa del péndulo de su posición de reposo, esto es, de su posición de equilibrio, y luego se deja ir, la masa acelerará de nuevo hacia su posición de equilibrio por el efecto de la gravedad. Entonces, la masa empezará a oscilar de un lado hacia a otro hasta detenerse en su posición de equilibrio debido a la fricción con el aire.

Por ejemplo, el movimiento de un péndulo se aprecia claramente en un reloj de péndulo, el cual tiene un peso que oscila repetidamente de izquierda a derecha para medir el tiempo. Así pues, el movimiento oscilatorio que realiza un péndulo se llama movimiento pendular.

El péndulo simple

El péndulo simple, también llamado péndulo matemático o péndulo ideal, es un sistema compuesto por una partícula con masa que cuelga de un punto fijo mediante un hilo de una determinada longitud.

En física, el péndulo simple se usa para estudiar el movimiento oscilatorio de la masa que cuelga. Si se aplica una fuerza a la masa, esta oscilará yendo de un lado hacia otro pasando por su posición de equilibrio y, por tanto, describirá un movimiento oscilatorio.

Además, en física, en el péndulo simple se desprecia el rozamiento de la masa con el aire, de este modo se supone que el péndulo oscila indefinidamente y que todas las oscilaciones tienen la misma amplitud.

➤ Ver: Péndulo simple (física)

Características del péndulo simple

El péndulo simple está definido por las siguientes características o partes:

Longitud (ℓ): es la longitud de la cuerda que va desde el punto fijo del péndulo simple hasta el centro de gravedad del objeto que realiza el movimiento pendular.
Oscilación: es el arco recorrido por la masa entre las posiciones extremas del péndulo simple más su regreso a su posición inicial.
Periodo (T): es el tiempo que transcurre en completar una oscilación.
Frecuencia (f): es el número de oscilaciones que hace el péndulo simple por unidad de tiempo.
Ángulo (θ): es el ángulo formado por la cuerda del péndulo y la vertical.
Amplitud (Θ): es el ángulo formado por la vertical y la cuerda del péndulo simple cuando se encuentra en una posición extrema.

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Fórmulas del péndulo simple

La ecuación del movimiento oscilatorio de un péndulo simple es la siguiente:

$\theta=\Theta\cdot\text{sen}(\omega\cdot t+\phi)$

Donde:

$\theta$ es el ángulo formado por la cuerda del péndulo simple y la cuerda.
$\Theta$ es la amplitud del péndulo simple.
$\omega$ es la pulsación o frecuencia angular del péndulo simple.
$t$ es el instante de tiempo en el que se calcula el ángulo.
$\phi$ es la fase inicial del péndulo simple.

Por otro lado, la fórmula para calcular el periodo de un péndulo simple con oscilaciones de pequeña amplitud es la siguiente:

$\displaystyle T=2\pi\sqrt{\frac{\ell}{g}}$

Donde:

$T$ es el periodo del péndulo simple.
$\ell$ es la longitud de la cuerda del péndulo simple.
$g$ es la aceleración de la gravedad, cuyo valor en la Tierra es 9,81 m/s².

Tipos de péndulos

Los tipos de péndulos son:

Péndulo simple.
Péndulo compuesto.
Péndulo cicloidal.
Péndulo doble.
Péndulo de Foucault.
Péndulo de torsión.
Péndulo esférico.

A continuación puedes ver en qué consiste cada tipo de péndulo, excepto el péndulo simple que ya se ha explicado detalladamente su funcionamiento arriba. Asimismo, cabe destacar que existen otros tipos de péndulos, pero se usan mucho menos.

Péndulo compuesto

El péndulo compuesto, también conocido como péndulo físico, es cualquier cuerpo rígido que pueda oscilar libremente alrededor de un eje horizontal fijo, el cual no pasa por su centro de masa.

Péndulo cicloidal

El péndulo cicloidal está basado en la curva geométrica llamada cicloide, que es la curva que describe un punto de una circunferencia cuando esta rueda sobre una recta sin resbalar.

Péndulo doble

El péndulo doble es un sistema formado por dos péndulos, de manera que un segundo péndulo cuelga de otro péndulo que tiene el extremo superior fijo. En general, se trata de la unión de dos péndulos simples.

Este tipo de péndulo tiene dos grados libertad, que son los ángulos que forman cada péndulo con la vertical.

Péndulo de Foucault

El péndulo de Foucault es un péndulo que puede oscilar libremente en cualquier plano vertical. Este tipo de péndulo se llama así en honor al físico francés León Foucault, quien lo inventó.

Como curiosidad, este tipo de péndulo se puede usar para demostrar la rotación de la Tierra.

Péndulo de torsión

El péndulo de torsión es un tipo de péndulo que consiste en un hilo o alambre suspendido verticalmente con su extremo superior fijo y, por otro lado, en su extremo inferior se cuelga un cuerpo que provoca que el hilo haga un movimiento de rotación.

En general, del extremo inferior del péndulo de torsión se cuelga un cuerpo con un momento de inercia conocido o fácil de calcular, como un disco o un cilindro. Así pues, el disco o cilindro hace un movimiento oscilatorio de giro cuyo eje es el hilo vertical.

Péndulo esférico

El péndulo esférico es un péndulo que puede oscilar en el espacio. Es decir, un péndulo esférico es como un péndulo simple pero que, en lugar de oscilar en un solo plano, puede oscilar por todo el espacio.

Por ejemplo, el péndulo de Foucault es un péndulo esférico, ya que no oscila solo en un plano como hace el péndulo simple, sino que oscila en tres dimensiones.