Pêndulos são objetos utilizados em diversos dispositivos, como relógios e instrumentos de medição. Mas, além disso, você conhece a sua origem e relevância nos estudos de física?
Acompanhe a leitura e entenda melhor sobre o pêndulo, fenômeno oscilatório crucial para estudos e vestibulares, inclusive para o ENEM.
História e Origem do Pêndulo
Antes de nos aprofundarmos na física dos pêndulos, vamos dar um passo atrás no tempo. O pêndulo não é uma invenção recente!
Ele é um objeto suspenso a partir de um ponto fixo que pode oscilar para frente e para trás. O seu tipo mais simples, chamado de pêndulo simples, consiste em uma massa (ou bob) no final de um fio leve e inextensível que oscila sob a influência da gravidade.
A sua principal característica é o movimento periódico, que o faz retornar regularmente ao seu ponto de partida após deslocado.
Primeiros usos e descobertas do pêndulo
Desde tempos antigos, a humanidade observou objetos pendurados oscilando para frente e para trás. Afinal, quem nunca brincou de balanço quando criança, certo? O balanço é, basicamente, um pêndulo em sua forma mais pura.
Mas foi o grande cientista Galileu Galilei que, em 1602, fez as primeiras observações detalhadas sobre pêndulos. Ele notou que, independentemente da amplitude (ou seja, o quão alto você puxa o objeto), ele sempre leva o mesmo tempo para voltar. Curioso, não é mesmo?
Tipos de Pêndulos
Agora que sabemos um pouquinho de sua história, vamos ao que interessa: os tipos de pêndulos existentes.
Pêndulo Simples
Esse é o tipo mais básico. Imagine uma massa (chamada de bob) pendurada em um fio inextensível e sem massa. Se você puxá-la e soltá-la, ela começará a oscilar.
A fórmula para seu período (tempo que leva para ir e voltar) é influenciada pelo comprimento do fio e pela aceleração da gravidade. Nesse caso, o peso da bob não importa!
Pêndulo Físico
É aqui que as coisas ficam um pouco mais complicadas. Em vez de uma bob, temos um objeto de tamanho real, como uma régua, por exemplo. O momento de inércia e o ponto de suspensão influenciam como ele oscila.
Pêndulo de Torção
Esse é um tipo especial onde o objeto gira em torno de seu ponto central. Como um cata-vento, por exemplo.
Quer brincar de cientista e fazer experiências com um pêndulo em casa? Saiba o que pode afetar seu movimento.
Comprimento do fio
Quanto mais longo o fio, mais tempo o pêndulo levará para oscilar.
Aceleração da gravidade
Estar no alto de uma montanha ou ao nível do mar pode mudar como o pêndulo se move, acredite!
Amplitude de oscilação
Lembra da observação de Galileu? Pois então. Até certo ponto, a amplitude não muda o tempo de oscilação. Mas, se for muito extrema, pode ter influência.
Resistência do ar e fatores externos
Sim, o ar ao nosso redor pode afetar o movimento. Em um vácuo, por exemplo, o pêndulo se comportaria de forma diferente.
Pêndulo e suas Aplicações Práticas
Pêndulo em relógios antigos
Você já viu aqueles relógios de avô? Eles usam um pêndulo para manter o tempo. E pensar que esse mecanismo já foi o mais avançado em tecnologia de uma época!
Pêndulo em experimentos científicos
Não são apenas os relógios. Em laboratórios, os pêndulos ajudam cientistas em diversas experiências.
Utilização na arte e cultura
A oscilação hipnotizante do pêndulo tem sido usada em diversas formas de arte, desde instalações a filmes.
O ENEM adora conectar conceitos teóricos com situações práticas. Portanto, não se surpreenda se você se deparar com uma questão relacionando um pêndulo a algo do cotidiano.
Questões exemplo e análise
Lembre-se de sempre revisar questões anteriores para entender como o tema é abordado. Uma dica: foque em conceitos básicos e aplicações práticas!
(ENEM – 2014) Christiaan Huygens, em 1656, criou o relógio de pêndulo. Nesse dispositivo, a pontualidade baseia-se na regularidade das pequenas oscilações do pêndulo. Para manter a precisão desse relógio, diversos problemas foram contornados. Por exemplo, a haste passou por ajustes até que, no início do século XX, houve uma inovação, que foi sua fabricação usando uma liga metálica que se comporta regularmente em um largo intervalo de temperaturas. YODER, J. G. Unrolling Time: Christiaan Huygens and the mathematization of nature. Cambridge: Cambridge University Press, 2004 (adaptado).
Desprezando a presença de forças dissipativas e considerando a aceleração da gravidade constante, para que esse tipo de relógio realize corretamente a contagem do tempo, é necessário que o(a):
(a) comprimento da haste seja mantido constante.
(b) massa do corpo suspenso pela haste seja pequena.
(c) material da haste possua alta condutividade térmica.
(d) amplitude da oscilação seja constante a qualquer temperatura.
(e) energia potencial gravitacional do corpo suspenso se mantenha constante.
Resposta: A. O período de um pêndulo simples no regime de pequenas oscilações (ângulos menores do que 10°) é descrito pela equação: T = 2π . (l/g)1/2 onde L é o comprimento da haste e g é o módulo da aceleração da gravidade local, suposta constante. Para que se mantenha a precisão na contagem do tempo, o período deve ser constante, consequentemente o comprimento da haste deve ser constante em uma ampla faixa de temperaturas.
(ENEM – 2014) O pêndulo de Newton pode ser constituído por cinco pêndulos idênticos suspensos em um mesmo suporte. Em um dado instante, as esferas de três pêndulos são deslocadas para a esquerda e liberadas, deslocando-se para a direita e colidindo elasticamente com as outras duas esferas, que inicialmente estavam paradas.
O movimento dos pêndulos após a primeira colisão está representado em:
Resposta: 2. No sistema considerado, há conservação da quantidade de movimento, já que, nos instantes imediatamente anteriores e posteriores às colisões, a velocidade das esferas é praticamente horizontal e não há forças horizontais externas ao sistema. Além disso, como as colisões são elásticas, há também conservação da energia mecânica. Como o movimento ocorre praticamente na horizontal, podemos focalizar na conservação da energia cinética. A conservação da energia cinética e da quantidade de movimento ocorre no item 3, considerando que as 3 esferas da esquerda possuem a mesma velocidade das esferas que as incidiram.
(FPS-PE) Uma partícula de massa m = 0,5 kg está presa na extremidade de um fio inextensível de comprimento L = 1,0 m, formando um pêndulo simples descrito na figura abaixo.
A partícula está em repouso e é solta, partindo do ponto inicial A na horizontal. Considere que a aceleração local da gravidade vale 10 m/s2. A força de tensão na corda, quando a partícula passa pelo ponto B, no ponto mais baixo da sua trajetória, será:
(a) 5 N
(b) 15 N
(c) 20 N
(d) 25 N
(e) 50 N
Resposta: B. Primeiramente, deve-se encontrar a velocidade da partícula no ponto mais baixo da trajetória. Isso será feito pela conservação da energia mecânica.
Em A = Energia potencial gravitacional;
Em B = Energia Cinética.
Igualando a energia mecânica dos pontos A e B e sabendo que a altura da queda corresponde a L, teremos:
No ponto B, o peso da partícula opõe-se à tração no fio, e a resultante das forças é centrípeta. Sendo assim, podemos escrever:
Importância do pêndulo
O pêndulo, essa simples oscilação, carrega consigo séculos de história, física e aplicações práticas. Estudá-lo não é apenas para obter uma boa nota no ENEM e em outros vestibulares, mas para apreciar uma das maravilhas da ciência. Gostou?
