Aceleración y fuerza centrípeta – Movimiento circular, inclinado

Explicación: Para esta pregunta, se nos presenta un escenario en el que un péndulo se balancea hacia adelante y hacia atrás. Así, sabemos que este péndulo es un ejemplo de movimiento armónico simple. A medida que el péndulo oscila hacia adelante y hacia atrás, algunas de sus variables cambian de forma cíclica.

En primer lugar, veamos la energía potencial. Cuando el péndulo está en el punto más bajo de su trayectoria, su energía potencial también estará en el mínimo. Esto se debe a que la altura de la masa unida al péndulo es mínima en este punto. Podemos demostrarlo con la siguiente expresión, donde el término está en el mínimo.

A continuación, consideremos la aceleración tangencial. Cuando el péndulo alcanza su punto más alto, estará brevemente en reposo durante un instante muy corto. En este punto más alto, el péndulo también tiene su mayor cantidad de energía potencial. Cuando el péndulo comienza a caer, la fuerza debida a la gravedad hace que el péndulo caiga. Sin embargo, es importante darse cuenta de que la fuerza de la gravedad actúa sobre la masa del péndulo de dos maneras. Una forma es tangencial, en la que la fuerza actúa a lo largo de la dirección del movimiento de la masa. La otra forma es radial a la dirección del movimiento de la masa, es decir, a lo largo de la cuerda del péndulo. Esto se puede mostrar con un diagrama como el siguiente.

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Péndulo de Foucault HD

Supongamos que estoy en Estados Unidos y creo un péndulo de Foucault. ¿Por qué cambia su dirección si su eje no es paralelo al eje de rotación de la tierra? Puedo entender por qué cambia si está en el polo norte o en el polo sur, pero tengo problemas para imaginarlo en mi cabeza cuando el péndulo está entre el ecuador y el polo norte/sur. También puedo entender por qué no cambia de dirección cuando está en el ecuador, su eje es perpendicular al eje de la Tierra allí.

Lo que me confunde es que cuando leo explicaciones de por qué cambia la dirección del péndulo, siempre dicen que es porque la Tierra está girando debajo del péndulo, pero eso no es exactamente cierto ¿no? Si estoy entre el ecuador y el polo norte/sur, el eje no es paralelo al eje de rotación de la Tierra.

Edición: Creo que entiendo por qué cambia de dirección debido al efecto Coriolis si empiezo el péndulo empujándolo en la dirección de los polos norte o sur (la velocidad de rotación de la Tierra es más lenta moviéndose hacia el polo norte y se vuelve más rápida moviéndose hacia el ecuador), pero ¿qué pasa si empiezo el péndulo empujándolo hacia el este o el oeste? La velocidad de rotación de la Tierra no cambia en esas direcciones. ¿Quizás es imposible empujarlo perfectamente en la dirección este/oeste y por eso siempre tendrá componentes en las direcciones norte/sur?

P

Las personas que son receptivas a la idea de una tierra inmóvil suelen decir: “No puedo creer que esté en un globo terráqueo que gira por el espacio. Los astrónomos dicen que voy a una velocidad vertiginosa de mil millas por hora alrededor del eje de la Tierra, mientras ésta se precipita a 70.000 mph en una órbita alrededor del sol y el sol se mueve alrededor de la galaxia a 450.000 mph, y la galaxia supuestamente va a algún lugar más rápido de lo que nadie puede imaginar. Yo no siento tal movimiento, así que no puedo creerlo”.

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Si estuvieras en un gran transatlántico o crucero navegando a velocidad constante en un día muy tranquilo, podrías estar bajo cubierta en tu habitación con los ojos de buey tapados y no sentirías ningún movimiento del barco. Ningún experimento que pudieras hacer con las herramientas disponibles podría detectar el movimiento del barco. Tal vez sientas la vibración de los motores, pero no podrás saber en qué dirección se mueve el barco, ni a qué velocidad, ni si se mueve.

Pero alguien puede objetar. Quizá no se pueda detectar el movimiento en línea recta, pero ¿qué pasa con el movimiento giratorio? Seguro que podrías saber si estás en un carrusel giratorio, aunque tuvieras los ojos vendados. Sí, ciertamente podrías, y nosotros podemos, por medios similares, detectar la rotación de la tierra aunque estuviéramos en una habitación cerrada y no pudiéramos observar el movimiento aparente de las estrellas. Si usted estuviera en ese crucero, y éste estuviera navegando alrededor de una trayectoria circular, podría, con los instrumentos adecuados, detectar ese hecho incluso bajo cubierta en una habitación sin ventanas.

Ejemplo de pregunta de examen de cinemática (Encontrar la aceleración en

Un péndulo es un peso suspendido de un pivote para que pueda oscilar libremente.[1] Cuando un péndulo se desplaza lateralmente desde su posición de reposo, de equilibrio, está sujeto a una fuerza de restauración debida a la gravedad que lo acelerará de nuevo hacia la posición de equilibrio. Cuando se suelta, la fuerza restauradora que actúa sobre la masa del péndulo hace que éste oscile alrededor de la posición de equilibrio, oscilando hacia adelante y hacia atrás. El tiempo que dura un ciclo completo, una oscilación hacia la izquierda y otra hacia la derecha, se llama periodo. El periodo depende de la longitud del péndulo y también, en menor medida, de la amplitud, la anchura de la oscilación del péndulo.

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Desde las primeras investigaciones científicas sobre el péndulo realizadas por Galileo Galilei en torno a 1602, el movimiento regular de los péndulos se utilizó para medir el tiempo y fue la tecnología de medición del tiempo más precisa del mundo hasta los años 30.[2] El reloj de péndulo inventado por Christiaan Huygens en 1658 se convirtió en el cronómetro estándar del mundo, utilizado en hogares y oficinas durante 270 años, y alcanzó una precisión de aproximadamente un segundo por año antes de ser sustituido como estándar de tiempo por el reloj de cuarzo en los años 30. Los péndulos también se utilizan en instrumentos científicos como acelerómetros y sismómetros. Históricamente se utilizaban como gravímetros para medir la aceleración de la gravedad en los estudios geofísicos, e incluso como patrón de longitud. La palabra péndulo es un nuevo latín, del latín pendulus, que significa colgado[3].