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Variación del período de oscilación y la aceleración de la gravedad.

Con los supuestos que se han presentado en la teoría del péndulo simple, la ecuación diferencial que describe el movimiento de un péndulo simple está representada en la primera fila de la figura 1, en la que la segunda ley de movimiento de Newton se aplica a un sistema rotacional (no incluido en la sección de teoría de esta simulación). Aquí se cancela la masa m, es decir, el movimiento es independiente de la masa aplicada.

Para desplazamientos pequeños (aproximación para ángulos pequeños), la ecuación se puede simplificar aún más, como se ve en la segunda fila de la figura 1, que es la ecuación diferencial de un oscilador armónico. En las condiciones límite (máximo desplazamiento en t=0 y velocidad angular cero en t=0), la solución del desplazamiento θ(t) se puede determinar, como se ve en la tercera fila de la figura 1.

A partir de la frecuencia, se puede calcular el período de oscilación y utilizarlo para determinar la aceleración gravitacional g midiendo el período de oscilación (y la longitud conocida de la cuerda L), como se muestra en la última fila de la figura 1.

Variación de la fórmula de aceleración. La ecuación A simplifica la ecuación diferencial para el movimiento del péndulo simple a la fórmula que dice que la derivada parcial al cuadrado del ángulo teta, dividida entre la derivada parcial del tiempo al cuadrado más la aceleración dividida entre la longitud y multiplicada por el seno de teta es igual a cero. La ecuación B simplifica esto para el ángulo de desplazamiento pequeño, estableciendo que la derivada parcial al cuadrado del ángulo teta dividida por la derivada parcial del cuadrado del tiempo es igual a la aceleración dividida por la longitud multiplicada por el ángulo teta, que es la ecuación del oscilador armónico. La ecuación C establece condiciones adicionales, cambiando la ecuación, de manera que el valor del ángulo teta en tiempo es igual al máximo de teta por el coseno de la raíz cuadrada de la aceleración dividida entre la longitud y multiplicado todo ello por el tiempo. Por último, la ecuación D introduce la ecuación de frecuencia, en la que el período de oscilación es igual a 2 por pi por la raíz cuadrada de la longitud dividida por la aceleración. A partir de esta ecuación, se deriva la aceleración, que es igual a 4 por pi al cuadrado por la longitud, dividido por el período de la oscilación al cuadrado.

Figura 1: Ecuaciones de las variaciones del período de oscilación y la aceleración de la gravedad.