Tempo de experimentar

Como afirmamos na página anterior, a única coisa que afeta o período de um pêndulo é o seu comprimento. Você pode comprovar este fato por si próprio, realizando o experimento a seguir. Para este experimento, você necessitará de:
  • um peso
  • um fio
  • uma mesa
  • um relógio com um segundo ponteiro (um visor numérico de segundos em um relógio digital)
Você pode usar qualquer coisa como peso. De maneira geral, uma chaleira ou um livro servem - na verdade não importa. Amarre o fio no peso. Depois suspenda o seu pêndulo sobre a borda da mesa de modo que o comprimento do pêndulo seja de cerca de 60cm, como mostrado aqui:


Agora puxe o peso de volta cerca de 30cm e deixe o seu pêndulo começar a balançar. Cronometre-o por 30 ou 60 segundos e conte quantas vezes ele vai e vem. Lembre-se do número. Agora pare o pêndulo e o reinicie, mas desta vez puxe-o de volta apenas 15cm inicialmente para que ele balance em um arco bem menor. Conte o número de balançadas novamente pelo mesmo período de 30 ou 60 segundos. O que descobrirá é que o número que você obtém é o mesmo que o primeiro número que contou. Em outras palavras, o ângulo do arco no qual o pêndulo balança não afeta o período do pêndulo. Apenas o comprimento do fio do pêndulo importa. Se você fizer outros experimentos com diferentes comprimentos do seu pêndulo, descobrirá que pode ajustá-lo para que ele balance de um lado para outro exatamente 60 vezes por minuto.

Observação: se você quiser ser totalmente preciso quanto ao período do pêndulo, veja este artigo (em inglês). 

Quando alguém notou este fato sobre os pêndulos, foi descoberto que é possível usar o fenômeno para criar um relógio preciso. A figura abaixo mostra como você pode criar um escapo de relógio usando um pêndulo.

No escapo há uma engrenagem com dentes de um formato especial. Também há um pêndulo e existe um tipo de dispositivo fixado nele para encaixar os dentes da engrenagem. A idéia básica que está sendo demonstrada na figura é que, para cada balançada do pêndulo, é permitido que um dente da engrenagem "escape".


Por exemplo, se o pêndulo estiver balançando para a esquerda e passa pela posição central como mostrado na figura da direita, então à medida que ele continua a se mover para o lado esquerdo, o batente esquerdo anexado ao pêndulo soltará o seu dente. A engrenagem então avançará a metade da largura de um dente para frente e atingirá o batente direito. Ao avançar para frente e atingir o batente, a engrenagem emitirá um som: "tique" ou "taque" são os mais comuns. É daí que vem o som de tique-taque de um relógio.

Uma coisa a ter em mente é que os pêndulos não balançarão para sempre. Portanto, uma tarefa adicional da engrenagem do escapo é fornecer apenas a energia suficiente ao pêndulo para superar a fricção e permitir que continue balançando. Para cumprir esta tarefa, a âncora (nome dado à peça fixada no pêndulo para liberar a engrenagem de escape um dente por vez) e os dentes na engrenagem do escapo possuem uma forma especial. Os dentes da engrenagem escapam adequadamente e o pêndulo recebe um pequeno impulso na direção correta pela âncora a cada vez, por meio de um balanço. O pequeno impulso de energia é o suficiente para superar a fricção, então ele continua a balançar.

Digamos que você crie um escapo. Se você deu à engrenagem do escapo 60 dentes e a conectou diretamente ao tambor de peso que mencionamos acima e você depois tenha usado um pêndulo com um período de um segundo, terá criado com sucesso um relógio no qual o segundo ponteiro gira à taxa de uma revolução por minuto. Ajustando-se bem cuidadosamente o comprimento do pêndulo, poderíamos criar um relógio com uma precisão bastante alta.

No entanto, apesar de preciso, este relógio teria dois problemas que o tornariam menos útil:

  1. A maioria das pessoas deseja um relógio que tenha ponteiros de horas e de minutos também.

  2. Você teria de dar corda no relógio mais ou menos a cada 20 minutos. Como o tambor faz uma revolução por minuto, o peso se desenrolaria até o chão muito rapidamente. A maioria das pessoas não gostaria de um relógio que tivesse de dar corda a cada 20 minutos.

Então, o que é necessário para resolver o problema da corda? Veja a seguir.