Pêndulo Simples & Pêndulo Duplo



- Contexto Histórico -
O primeiro a estudar o pêndulo simples foi o físico, astrônomo, matemático e filósofo, Galileu Galilei.  Diz a história que, certa vez, Galileu estava observando as oscilações de um lustre da Catedral de Pisa, na época em que frequentava a Universidade local em 1588, quando teve a ideia de fazer medidas do tempo de oscilação. Como naquela época ainda não haviam inventado o relógio e nem o cronômetro, Galilei fez a contagem do tempo de oscilação comparando-o com a contagem das batidas de seu próprio pulso. Fazendo isso ele verificou que mesmo quando as oscilações ficavam cada vez menores o tempo delas era sempre o mesmo. Em sua casa ele repetiu o experimento utilizando um pêndulo e novamente o resultado que tinha obtido com a oscilação do lustre foi confirmado, e verificou ainda que o tempo das oscilações dependiam do comprimento do fio. Com essas descobertas Galileu sugeriu o uso de um pêndulo de comprimento padrão para fazer a medida da pulsação de pacientes. Ao realizar novos experimentos com pêndulos, Galileu verificou que o tempo de oscilação do pêndulo não depende do peso do corpo que está preso na extremidade do fio, ou seja, o tempo é o mesmo tanto para um corpo leve quanto para um corpo pesado. Essa descoberta fez com que Galileu imaginasse que uma pedra leve e outra pesada oscilando na extremidade de um fio, gastavam o mesmo tempo para ir da posição mais alta para a posição mais baixa. Sabendo que o movimento do pêndulo e a queda livre são causados pela ação da gravidade, Galileu disse e comprovou, na Torre de Pisa, que se duas pedras de diferentes massas fossem abandonadas livremente da mesma altura, ambas gastariam o mesmo tempo para alcançar o solo. Essas conclusões eram contrárias às conclusões e ensinamentos de Aristóteles.



- Pêndulo Simples -
Um pêndulo é um sistema composto por uma massa acoplada a um pivô, que permite sua movimentação livremente. A massa fica sujeita à força restauradora causada pela gravidade. Existem inúmeros pêndulos estudados por físicos, já que estes descrevem-no como um objeto de fácil previsão de movimentos e que possibilitou inúmeros avanços tecnológicos. 
Este pêndulo consiste em uma massa presa a um fio flexível e inextensível por uma de suas extremidades e livre por outra, representado da seguinte forma:

Quando afastamos a massa da posição de repouso e a soltamos, o pêndulo realiza oscilações. Ao desconsiderarmos a resistência do ar, as únicas forças que atuam sobre o pêndulo são a tensão com o fio e o peso da massa m. Desta forma:

É possível concluir que o movimento de um pêndulo simples não descreve um MHS, já que a força não é proporcional à elongação e sim ao seno dela. No entanto, para ângulos pequenos, o valor do seno do ângulo é aproximadamente igual a este ângulo.
Então, ao considerarmos os caso de pequenos ângulos de oscilação, como P=mg, e m, g e ℓ são constantes neste sistema, podemos considerar que a análise de um pêndulo simples nos mostra que, para pequenas oscilações, um pêndulo simples descreve um MHS. 
Então o período de um pêndulo simples pode ser expresso por:



- O Pêndulo Simples é formado por um suporte, uma base isolada que não conduz corrente elétrica e por um fio de seda com uma esfera metálica pendurada. Eletriza-se a esfera com determinada carga positiva ou negativa e aproxima-se o corpo o qual se deseja saber a carga. Se, por exemplo, a bola for eletrizada positivamente, aproxima-se dela o material com carga desconhecida. Se esta esfera atrair-se para o corpo, este estará eletrizado negativamente; se ao contrário, a esfera repelir-se, o corpo estará eletrizado positivamente.


- Pêndulo Duplo -

Para determinação da quantidade de carga de um corpo podemos utilizar um pêndulo duplo e a lei de Coulomb. Se tivemos duas pequenas esferas suspensas por um fio e carregadas com cargas iguais do mesmo sinal elas irão se repelir como mostra a figura abaixo:


Se conhecemos a massas das esferas, o comprimento do fio e o ângulo que os fios formam, podemos calcular a carga de cada esfera.
Os dois pêndulos são construídos enrolando-se um pedaço de folha de alumínio num fio de meia de nylon. De início devemos determinar a densidade superficial da massa da folha de alumínio. para isso recorta-se um pedaço grande de folha de alumínio com área conhecida e determina-se sua massa. Podemos assim determinar a densidade superficial de massa para a folha de alumínio.

d = massa / área
Podemos agora recortar dois pedaços da folha de alumínio e enrolá-los nas pontas de um fio de meia como se fossem duas bolinhas. Após isso o fio é preso à um suporte de gesso.

Sabendo-se a força eletrostática, a distância entre as cargas e que elas podem ser consideradas iguais ( pois quando foram carregadas estavam em contato e, além disso, têm o mesmo tamanho ) , podemos determinar o valor de q através da lei de Coulomb.



Fontes: http://historiadafisicauc.blogspot.com.br/2011/06/galileo-e-o-pendulo.html

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/pendulo.php

http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=rip&cod=_penduloduplo2-eletrostatica-txtels0020




Fotos e vídeos do experimento:











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