por ¿Qué es un reloj de péndulo?
Tic tac, tic tac – cuando pensamos en relojes, pensamos en este sonido, incluso cuando la gran mayoría de los relojes modernos ya no lo hagan. No hace mucho, virtualmente todos los relojes hacían el sonido tic tac porque eran mecánicos en vez de eléctricos o electrónicos. En vez de funcionar con batería, lo activabas con una llave y dentro había una gran varilla basculante, llamado péndulo, que asegura que los engranajes funcionaban correctamente. Por tanto, ¿cómo funcionan estos péndulos tan antiguos? ¡Vamos a ello!
El Péndulo Explicado para Niños
¿Qué es un péndulo?
¿Te imaginas ir de un lado a otro durante horas, días o incluso durante más tiempo? Esto es lo que puede hacer un péndulo. Básicamente, un péndulo se crea cuando un peso concreto (también conocido como pesa) está conectado a una cuerda, cable o cadena. Esta cuerda, cable o cadena está suspendida desde un pivote fijo, que es un punto que no se mueve, pero permite que el péndulo se columpie de un lado a otro. Piensa esto: cuando estás en un columpio, éste está conectado a una barra. Cuando te balanceas, la barra de arriba no se mueve. La barra es el pivote fijo.
Cuando un péndulo está directamente bajo el pivote fijo, a esto se le conoce como posición de equilibrio. Cuando la pesa se mueve de su posición de equilibrio, comienza a moverse constantemente de un lado a otro. El ángulo, en el que el péndulo se balancea, conocido como amplitud, no puede ser de más de 20 grados; sino, volvería al equilibrio rápidamente o posiblemente se balancearía sin control.
¿Cómo funciona un péndulo?
Un péndulo funciona convirtiendo la energía de un lado a otro, un poco como una montaña rusa. Cuando la pesa está en el punto más alto (lo más lejos del suelo), tiene su máxima energía acumulada (energía potencial). Cuando acelera hacia su punto más bajo (su punto intermedio, más cercano al suelo), la energía potencial se convierte en energía cinética (energía del movimiento) y entonces, la pesa vuelve a subir, de vuelta a la energía potencial. Por tanto, mientras la pesa se balancea (oscila) de un lado a otro, va cambiando repetidamente su energía de un lado a otro entre potencial y cinética. Algo que funciona de esta forma se le llama oscilador harmónico y su movimiento es un ejemplo del movimiento harmónico simple, aunque no hablaremos sobre esto aquí.
Si no hubiera fricción o rozadura (resistencia de aire), el péndulo estaría moviéndose siempre. En realidad, cada balanceo tiene fricción que le roba energía al péndulo y poco a poco se va deteniendo. Pero incluso mientras va parando, el tiempo continúa. No sube tan alto, pero cubra la distancia más corta más despacio – por lo que tarda lo mismo en balancearse. Esta capacidad tan útil (técnicamente llamado isocronismo, que significa “misma cantidad de tiempo”) es lo que hace que el péndulo sea tan útil para el cronometraje.
Galileo lo supo muy pronto y aunque nunca construiría un reloj de péndulo completo, se acercó (aquí tienes un modelo de reloj de péndulo de 1642 que estaba diseñando justo antes de morir); pasó a otro científico brillante, el holandés Christiaan Huygens (1629-1695), para terminar el trabajo en la década de 1650.
La Historia del péndulo
En la década de 1500, el científico italiano Galileo descubrió que el balanceo de un péndulo es constante. En otras palabras, la pesa siempre tarda lo mismo en balancearse desde su punto inicial y volver. La pesa poco a poco irá reduciendo la distancia de un lado a otro. Aun así, la pesa sigue tardado lo mismo en completar un balanceo. La longitud del cable o cuerda determina cuánto tarda el balanceo.
Esta información pronto sería útil en la fabricación de relojes. En la década de 1600, los científicos aprendieron a usar péndulos para hacer relojes más precisos. Incluso hoy en día, muchos relojes tienen péndulos dentro de ellos. El péndulo se balancea de un lado a otro de forma regular. Esto hace que las otras partes, incluido las manecillas del reloj, se muevan también de forma regular.
El Péndulo de Foucault
En 1851 un científico francés llamado Jean Foucault utilizó un péndulo gigante para demostrar que la tierra giraba. Colgó una pesa en un cable atado dentro de una cúpula. Mientras la pesa se movía, trazaba una línea en el aire. Según pasaba el día, la línea parecía cambiar de dirección. Debido a que el péndulo no estaba moviéndose, la tierra tenía que estar rotando por debajo.
Tipos de péndulo
Existen varios tipos de péndulos. Un péndulo simple consiste en una pesa al final de una cuerda que es tan ligera que se considera sin masa. El periodo de este instrumento puede hacerse más largo aumentan su longitud, midiéndolo desde el punto de suspensión hasta la mitad de la pesa. Un cambio en la masa de la pesa no afecta al periodo, siempre y cuando la longitud no se vea afectada. El periodo, por otra parte, está influido por la posición del péndulo con relación a la tierra. Debido a la fuerza del campo gravitacional de la tierra no es uniforme en todos lados, un péndulo puede balancearse más rápido y tener un periodo más corto en altitudes bajas y en los polos de la tierra que en altitudes altas u en el ecuador.
Un péndulo compuesto tiene una masa ampliada, como la barra de un columpio, y es libre de oscilar sobre el eje horizontal. Un péndulo compuesto reversible, llamado péndulo de Kater, se fabrica para medir el valor de g, la aceleración de la gravedad.
Otro tipo de péndulo es el de Schuler. Cuando el péndulo Schuler está verticalmente suspendido, permanece alineado al vertical local incluso si el punto desde el que está suspendido se acelera paralelo a la superficie de la tierra. Este principio del péndulo de Schuler se aplica en algunos sistemas de guías de inercia para mantener una correcta referencia vertical interna, incluso durante una rápida aceleración.
Un péndulo esférico es el que está suspendido mediante una plataforma giratoria que hace que se balance en un número infinito de planos verticales a través del punto de suspensión. En efecto, el plano de la oscilación del péndulo rota libremente. Una versión más simple de un péndulo esférico, el péndulo Foucault, se usó para demostrar que la Tierra rota sobre su eje.
¿Por qué los péndulos son tan importantes en la ciencia?
Porque:
- Pueden usarse para ofrecer un cronometraje preciso.
- Puede usarse para medir “g” (la aceleración de la gravedad) importante para determinar la forma de la tierra y la distribución de materiales dentro de ella (geología)
El péndulo ayuda a los científicos a determinar la fuerza “g” que se ve afectada por:- 2.1 Distancia desde el centro de la tierra
- 2.2 Masas hacia arriba (por ejemplo, montañas)
- 2.3 Densidad de la materia de tu alrededor
- También puede usarse para demostrar que la Tierra gira.
Usos del Péndulo
Los péndulos están en todos lados; en la construcción, recreación, música, ceremonias, ciencias y artes. Aunque, estrictamente hablando, la función del péndulo es regular el movimiento y ofrecer medidas, cualquier cosa que cuelgue de un punto focal y se balancee en un arco ofrece una imagen de la influencia del péndulo. Todos los péndulos tienen un tipo de masa que cuelga sobre un punto fijo que se balancea libremente por la fuerza de la gravedad y permanece en movimiento hasta que otra fuerza lo para.
Mantiene el tiempo
El uso más reconocido del péndulo se observa en los relojes. Muchos relojes, sobre todo el reloj de pie utiliza un péndulo para dar la hora. El péndulo se balancea de un lado a otro en intervalos iguales determinados por la longitud a la que el péndulo está suspendido. Para medir el tiempo exacto, el reloj de péndulo debe permanecer quieto. Cualquier movimiento repentino del reloj interfiere en el movimiento regular del péndulo. Hasta la década de 1930, fue el cronometrador más preciso del mundo. En el siglo XXI, los relojes de péndulo son más valorados por el trabajo que lleva hacerlos y por su belleza.
Música
El péndulo se usa en el metrónomo, que ayuda a mantener la velocidad de la música. El metrónomo data del siglo XIX. Es una caja hueca con un péndulo conectado a un peso en movimiento con un peso fijo abajo. Una escala de números permite al músico ajustar el tempo deseado para la pieza que vaya a tocar. La escala indica el número de fluctuaciones por minuto por tanto el ritmo requerido puede coincidir con el tempo de la música.
Prácticas religiosas
El incensario es un recipiente metálico colgado de una o dos cadenas en el que el incienso se quema. El incienso se espolvorea sobre carbón caliente y, mientras se celebra una ceremonia religiosa, se balancea hacia delante y hacia atrás, soltando humo y dejando un aroma de incienso quemado.
Radiestesia y adivinación
La radiestesia y adivinación del péndulo se han utilizado a lo largo de la historia para guiar a las personas a tomar decisiones sobre la vida y a encontrar agua, oro, petróleo y objetos perdidos. Se cree que un péndulo funciona como una antena, recogiendo información de la energía que emana de personas, lugares y objetos. Se mantiene inmóvil entre el pulgar y el índice. Se formula una pregunta, que puede responderse «sí» o «no», y el péndulo se balancea hacia la izquierda o hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario, lo que proporciona una respuesta al radiestesista especializado. Los péndulos son populares entre las brujas, que los utilizan para comunicarse con guías espirituales.
Recreación
Ve al circo y verás a los trapecistas balanceándose como un péndulo en el aire. Monta en el barco pirata en la feria y conviértete en un péndulo mientas tu góndola se balancea en un arco de un lado a otro. Móntate en un péndulo cuando te subes al columpio del parque. Crea un péndulo en el patio atando una vieja cuerda a la rama de un árbol resistente.
Construcción
El diseño de la terminal del aeropuerto internacional de San Francisco utiliza algo llamado rodamientos de aislamiento sísmico de Péndulo de Fricción para protegerse de daños de terremotos. Esta estructura crea un movimiento de péndulo que permite que el edificio se balancee con el movimiento del suelo, reduciendo así las probabilidades de un daño estructural catastrófico. El mismo concepto se emplea en la construcción de edificios industriales y puentes.
Datos curiosos sobre los péndulos
- Los péndulos han estado durante cientos de años. Los antiguos chinos usaban el principio del péndulo para intentar ayudar a predecir terremotos.
- Galileo Galilei fue el primero europeo en estudiar los péndulos y descubrió que su regularidad podría usarse para mantener el tiempo, llevando a los primeros relojes.
- En 1656, el inventor y matemático danés, Huygens, fue el primero hombre en construir con éxito un reloj preciso.
