Un péndulo consiste en un peso suspendido de una varilla o cuerda que se balancea hacia adelante y hacia atrás. Los péndulos son comunes en dispositivos de cronometraje como metrónomos, relojes de péndulo, sismómetros y quemadores de incienso oscilantes, y se pueden usar para ilustrar problemas físicos complejos.
Paso
Método 1 de 3: Comprensión del péndulo básico
Paso 1. Sepa que un péndulo es un peso que cuelga libremente del extremo de la cuerda
Antes de comenzar a usar un péndulo, necesita saber qué es un péndulo y cómo funciona. Afortunadamente, un péndulo no es más que un peso colgante que puede oscilar hacia adelante y hacia atrás. La cuerda se ata en un punto fijo para que solo se muevan el peso y la cuerda.
- Sostenga el extremo de un collar colgante o un juguete yo-yo entre sus dedos y mueva el "peso" en la parte inferior. ¡Has hecho tu primer péndulo!
- Un ejemplo común de péndulo es un gran peso oscilante en un reloj de péndulo.
Paso 2. Para usar un péndulo, tire del peso hacia atrás y luego suéltelo
Asegúrate de mantener la cuerda tensa y quitar el peso sin empujarlo. El peso se balanceará hacia adelante y hacia atrás, volviendo casi a la misma altura que cuando lo dejó caer.
- El péndulo oscilará para siempre si nada lo frena o cambia de dirección.
- De hecho, las fuerzas externas como la fricción y la resistencia del aire ralentizarán el péndulo.
Paso 3. Haga un péndulo simple con una cuerda, una batería y una cinta métrica para comprenderlo mejor
Si está aprendiendo a través de actividades prácticas o quiere enseñar a los niños cómo funciona un péndulo, puede construir rápidamente un péndulo para experimentar con:
- Ate un extremo de la cuerda al centro de una cinta métrica de madera o un poste.
- Ate el otro extremo a una batería u otra carga pequeña.
- Equilibre la madera medida en los respaldos de dos sillas iguales para que la batería cuelgue libremente entre ellas y pueda balancearse sin golpear nada.
- Levante la batería, manteniendo la cuerda tensa, y suéltela para que se balancee hacia adelante y hacia atrás.
Paso 4. Identificar el vocabulario científico del péndulo
Como ocurre con la mayoría de las actividades científicas, la comprensión y el uso de un péndulo solo es posible si conoce las palabras que lo describen.
- Amplitud: El punto más alto que alcanza el péndulo.
- Beto: Otro nombre para la carga en la punta del péndulo.
- Equilibrio: el punto medio del péndulo; donde está la carga si no se mueve.
- Frecuencia: El número de veces que el péndulo oscila hacia adelante y hacia atrás en un tiempo determinado.
- Período: La cantidad de tiempo que le toma a un péndulo en movimiento regresar al mismo lugar.
Método 2 de 3: Uso de un péndulo para enseñar física básica
Paso 1. Tenga en cuenta que los experimentos con péndulo son una excelente manera de enseñar el método científico
El método científico ha sido la columna vertebral de la investigación científica desde la antigua Grecia, y el péndulo es un objeto que es fácil de fabricar y produce resultados rápidamente. Al realizar cualquiera de los siguientes experimentos, tómese el tiempo para formular una hipótesis, analice qué variable está probando y compare los resultados.
- Experimente siempre hasta 5-6 veces para asegurar la consistencia de sus resultados.
- Recuerde probar solo un experimento a la vez; de lo contrario, no sabrá qué cambia la oscilación del péndulo.
Paso 2. Cambie el peso al final de la cuerda para enseñar la gravedad
Una de las formas más sencillas de aprender sobre el efecto de la gravedad es a través de un péndulo, y es posible que te sorprendan los resultados. Para ver el efecto de la gravedad:
- Tire del péndulo 10 cm y suéltelo.
- Utilice un cronómetro para medir el tiempo del péndulo. Repite de 5 a 10 veces.
- Agregue una sacudida más pesada al péndulo y repita el experimento.
- ¡El período y la frecuencia serán exactamente los mismos! Esto se debe a que la gravedad afecta a todas las cargas por igual. Por ejemplo, una moneda y un ladrillo caerán a la misma velocidad.
Paso 3. Cambie el lugar donde suelta la carga para estudiar la amplitud
A medida que tira de la cuerda hacia arriba, aumenta la amplitud o la altura del péndulo. Sin embargo, ¿eso cambia la rapidez con que el péndulo regresa a tu mano? Repite el experimento anterior, pero esta vez aleja el péndulo 20 centímetros y no cambies la carga.
- Si hizo todo correctamente, el período del péndulo no cambiará.
- Cambiar la amplitud no cambia la frecuencia, un hecho que será útil en trigonometría, ciencia del sonido y muchos otros campos.
Paso 4. Cambie la longitud de la cuerda
Repita el experimento anterior, pero en lugar de cambiar cuánto peso agrega o qué tan alto lo deja caer, use una cuerda más corta o más larga.
Esta vez definitivamente notarás los cambios. De hecho, cambiar la longitud de la cuerda es lo único que cambiará el período y la frecuencia del péndulo
Paso 5. Aprenda más sobre la física del péndulo para aprender sobre la inercia, la transferencia de energía y la aceleración
Para los estudiantes de último año o los aspirantes a físicos, los péndulos son una excelente manera de aprender la relación entre la aceleración, la fricción y la trigonometría. Busque "ecuaciones de péndulo" o diseñe sus propios experimentos para encontrarlas. Algunas preguntas a considerar:
- ¿Qué tan rápido se mueve Bob en su punto más bajo? ¿Cómo encuentras la velocidad de la sacudida en cada punto?
- ¿Cuánta energía cinética tiene la sacudida en cualquier punto del péndulo? Como ayuda, use la ecuación: Energía cinética = 0.5 x Masa de Bob x Velocidad.2
- ¿Cómo se puede predecir el período de un péndulo en función de la longitud de la cuerda?
Método 3 de 3: uso de un péndulo para tomar medidas
Paso 1. Ajuste la longitud de la cuerda para medir el tiempo
Si bien tirar más de la cuerda hacia atrás y cambiar la carga no puede cambiar el período, alargar o acortar la cuerda puede cambiar el período. Así es como se hace un reloj antiguo: si cambia la longitud del péndulo perfectamente, puede hacer un punto o un giro completo, lo que lleva dos segundos. Cuente el número de períodos y sabrá cuánto tiempo ha pasado.
- El reloj de péndulo está unido al engranaje de modo que cada vez que el péndulo se balancea, el segundero del reloj se moverá.
- En un reloj de péndulo, un peso que se balancea en una dirección produce un "tic" y se balancea hacia atrás para producir un "golpe".
Paso 2. Utilice su péndulo para medir las vibraciones cercanas, incluidos los terremotos
Un sismógrafo, una máquina que mide la intensidad y la dirección de los terremotos, es un péndulo complejo que se mueve solo cuando se mueve la corteza terrestre. Si bien calibrar un péndulo solo para medir la tectónica de placas es extremadamente complicado, puede convertir casi cualquier péndulo en un sismógrafo básico con solo lápiz y papel.
- Pega un bolígrafo o un lápiz al peso al final del péndulo.
- Coloca un trozo de papel debajo del péndulo para que el bolígrafo toque el papel y haga marcas.
- Mueva suavemente el péndulo, pero no sacuda la cuerda. Cuanto más fuerte agites el péndulo, más grandes serán las marcas en tu hoja de papel. Esto está asociado con un "terremoto" más grande.
- El sismógrafo original tenía una hoja de papel giratoria para que pudieras ver la fuerza de un terremoto a lo largo del tiempo.
- El péndulo se ha utilizado para medir terremotos desde 132 d. C. en China.
Paso 3. Usa un péndulo especial llamado Péndulo de Foucault para demostrar que la tierra gira
Aunque hoy la gente sabe que la Tierra gira sobre su eje, el Péndulo de Foucault es la evidencia más temprana de este concepto. Para replicarlo necesitarás un péndulo de gran tamaño, con una longitud mínima de 4,9 metros y un peso superior a 11,3 kg, para minimizar las variables externas como el viento o el rozamiento.
- Mueva el péndulo de tal manera que pueda oscilar durante mucho tiempo.
- A medida que pasa el tiempo, notará que el péndulo se balancea en una dirección diferente a la que tenía cuando comenzó el movimiento.
- Esto sucede porque el péndulo se mueve en línea recta mientras la tierra de abajo gira.
- En el hemisferio norte, el péndulo se moverá en sentido horario y en el hemisferio sur el péndulo se moverá en sentido antihorario.
- Aunque es complicado, puede utilizar el péndulo de Foucault para calcular la latitud mediante ecuaciones trigonométricas.
Consejos
- Es posible que necesite dos personas para realizar este experimento con precisión: una persona que usa un péndulo y la otra persona que lleva la cuenta del tiempo.
- Si desea hacer un péndulo más preciso, use otra cuerda para sostener el peso a la altura deseada. Queme el extremo de la cuerda para "soltar" el peso. Esto evitará que empuje accidentalmente el peso hacia adelante o hacia los lados cuando lo suelte.
- Algunas personas creen que el péndulo también tiene poderes especiales de adivinación.
