(Desafío)
Diseñar un experimento con un péndulo simple para investigar cómo la longitud del péndulo afecta el período de oscilación del Movimiento Armónico Simple (MAS).
Diseño experimental (según el apoyo del libro)
- Recursos: hilo liviano, peso suspendido (pequeña masa), regla o cinta métrica, cronómetro.
- Montaje: se cuelga el hilo de una superficie fija de modo que el peso oscile libremente; se ajusta la longitud del hilo para crear distintas condiciones.
- Medición de la longitud: se mide con la regla desde el punto de suspensión hasta el centro de masa del peso (se resta el radio del peso si se mide hasta la base).
- Desplazamiento inicial: se desplaza el peso poco más de 5° desde la vertical (condición de oscilaciones pequeñas) y se suelta, sin empujar, registrando el instante de inicio.
- Registro de datos: se cronometra el tiempo t para un número N de oscilaciones completas (por ejemplo, N = 20), contando la primera oscilación en el instante en que el peso vuelve a pasar por el mismo punto en el mismo sentido.
- Variedad de condiciones: se repite la medición para al menos cinco longitudes distintas (L).
- Análisis: se calcula el período para cada longitud y se verifica la relación teórica.
Relación teórica (para verificar el resultado)
Para un péndulo simple, la fuerza restauradora es F = -\dfrac{mg}{L}\,\theta, de donde la aceleración es a = -\dfrac{g}{L}\,\theta. Comparando con a = -\omega^{2}\theta se obtiene:
\omega = \sqrt{\dfrac{g}{L}}
y como T = \dfrac{2\pi}{\omega}:
\boxed{T = 2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}}
Con g = 9{,}8\ \text{m/s}^{2}:
- Se sustituye la longitud medida en T = 2\pi\sqrt{L/g}.
- Se eleva al cuadrado: T^{2} = \dfrac{4\pi^{2}}{g}\,L.
- Como 4\pi^{2}/g es constante, T es proporcional a \sqrt{L} (no a L).
Resultados esperados (valores teóricos)
El período se mide como T = t/N con N = 20 oscilaciones:
| L\ (\text{m}) | \sqrt{L}\ (\sqrt{\text{m}}) | T = 2\pi\sqrt{L/g}\ (\text{s}) | t = N\,T\ (\text{s}) |
|---|---|---|---|
| 0,25 | 0,500 | 1,004 | 20,1 |
| 0,50 | 0,707 | 1,419 | 28,4 |
| 0,75 | 0,866 | 1,738 | 34,8 |
| 1,00 | 1,000 | 2,007 | 40,1 |
| 1,25 | 1,118 | 2,244 | 44,9 |
| 2,00 | 1,414 | 2,839 | 56,8 |
Comprobación con L = 0{,}50\ \text{m}:
- \dfrac{L}{g} = \dfrac{0{,}50}{9{,}8} = 0{,}05102.
- \sqrt{0{,}05102} = 0{,}2259\ \text{s}.
- T = 2\pi(0{,}2259) = 1{,}42\ \text{s}, es decir, para N = 20 oscilaciones se debe cronometrar unos 28{,}4\ \text{s}.
Tratamiento de datos y verificación
- Se calcula T = t/N para cada longitud.
- Se grafica T en función de \sqrt{L}: se espera una recta que pasa por el origen.
- La pendiente de la recta debe ser m = 2\pi/\sqrt{g} = 2\pi/3{,}13 = 2{,}01\ \text{s}/\sqrt{\text{m}}.
- A partir de la pendiente se calcula g: g = \left(\dfrac{2\pi}{m}\right)^{2}. Si el valor obtenido está cercano a 9{,}8\ \text{m/s}^{2} (por ejemplo, dentro de un 5 %), la relación teórica se cumple.
- Alternativamente, se grafica T^{2} contra L: la pendiente debe valer 4\pi^{2}/g \approx 4{,}03\ \text{s}^{2}/\text{m}.
el experimento confirma que a mayor longitud del péndulo, mayor período de oscilación, según T = 2\pi\sqrt{L/g}; el gráfico T vs. \sqrt{L} resulta lineal y su pendiente permite determinar g.








