El péndulo de Galileo

El péndulo de Galileo

En “Medición del Tiempo” publicado en Areito mencionamos a Galileo Galilei, el sabio italiano del siglo XVII, cuya historia, en algunas de sus partes, especialmente el problema con la Iglesia Católica en cuanto a la traslación de la Tierra, es muy conocido. Galileo, sin embargo, tiene una historia amplia que comienza cuando estudiaba en Pisa, la universidad que todavía hoy se reputa como la mejor de Italia en Matemáticas. A ella se dice que solo acceden genios y cuyo catálogo de estudiantes que ha brillado universalmente.

Su padre, músico, quería que Galileo estudiara medicina pero el hijo se inclinó por las ciencias físicas, en las que se destacó como el primer experimentalista y creador del método científico que sentó las bases para el desarrollo moderno de todas las ciencias. Perfeccionador del telescopio, investigador del plano inclinado, estudioso de la inercia y atracción de la gravedad que luego sirvió a Isaac Newton para su teoría de atracción universal.

Uno de sus discípulos en Pisa, Viviani, escribió, desaparecido Galileo, que sentado en la catedral de esa ciudad, su maestro observó una lámpara (chandelier) que oscilaba de un lado a otro, esto llamó su atención pues al parecer, cuenta la leyenda, que el tiempo que tardaba en hacer una oscilación, es decir, ir de un extremo a otro y volver, período, coincidía con los latidos de su corazón. El chandelier, colgaba de un alambre de la cúpula de la catedral y las velas con su apoyo constituían el peso que mantenía el alambre tirante.

Una vez en su taller, el gran péndulo de la catedral de Pisa se transformó en un alambre con una bola pesada en un extremo y colgada del techo por el otro. Como buen científico experimental, Galileo y sus alumnos llevaron a cabo miles de experimentos con péndulos de distintas longitudes, diferentes pesos, materiales variados y separados a diversos grados de la posición de equilibrio en el comienzo de movimiento.

El resultado de estos experimentos llevó a Galileo a concluir que el período del péndulo era constante, por tanto, no dependía de las diversidades citadas en el párrafo precedente. Si su período es  invariable, Galileo pensó que era muy apropiado para construir un reloj, había descubierto una manera precisa de medir la unidad de tiempo, el segundo.

Hoy sabemos que la conclusión de Galileo no es del todo correcta; el período sí varía con la longitud del alambre y además con los grados de separación inicial de la posición de equilibrio de la primera oscilación. ¿Qué causó el error de este sabio? Fundamentalmente, dos factores: Primero, los discípulos medían el tiempo promedio de varias oscilaciones mediante un reloj de agua; segundo, los experimentos no tomaban en cuenta la fricción, resistencia, del aire al movimiento del péndulo. En todo caso, los relojes de péndulo constituyeron un avance en la precisión de las mediciones del tiempo, porque: cuando la oscilación es de 5 a 20 grados, el período es igual y los relojes se encerraban en bellos muebles de madera que los protegían, en cierto modo, del aire, el período es prácticamente constante.

Posteriormente, con equipos más sofisticados se determinó que el período depende de la longitud del alambre y de la aceleración de la gravedad del lugar donde se encuentre instalado el péndulo. En consecuencia, si mudamos un péndulo de Europa a Santo Domingo, tendremos que recalibrarlo. Para esto conviene saber que a mayor longitud de alambre, mayor período de la oscilación. Por tanto, si el péndulo está adelantando unos segundos o minutos, debemos alargar el alambre o bajar el peso mediante el tornillo de aproximación que traen los relojes; si atrasa, debemos reducir el alambre, es decir, subir el peso.

El efecto de la gravedad es contrario a la influencia de la longitud del alambre, mayor gravedad menor período, luego adelanto del reloj y lo contrario, menor gravedad mayor período, atraso del reloj. Entonces, un reloj en Europa, donde la gravedad es menor que en Santo Domingo, atrasa si tiene la misma longitud de alambre. Nótese, sin embargo, que relativo a la gravedad, no podemos hacer nada, por tanto, la calibración deberá circunscribirse a alargar o acortar la longitud del alambre.

El péndulo es lo más cercano al movimiento perpetuo que conocemos, solo la fricción del aire termina por detenerlo, así que para mantenerlo en funcionamiento, es preciso comunicarle cierta cantidad de energía que venza esa resistencia, la fricción; habrán visto los lectores que los abuelos cada cierto tiempo a veces meses, daban cuerda al reloj. Modernamente, la energía necesaria se le da mediante electroimanes, por lo que vienen provistos de baterías que parecen durar toda la vida o los más grandes, como el de la sede de las Naciones Unidas en Nueva York, están provistos de electricidad en forma intermitente.

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