Um pêndulo simples é um dispositivo constituído por um corpo preso à extremidade de um fio fixado verticalmente e que oscila em torno de uma posição de equilíbrio. Abaixo colocamos uma simulação que representa um pêndulo simples e seu movimento. (clique na figura abaixo para visualizar). Você deve ter notado que se o pêndulo estiver na vertical nada acontece, ou seja, ele está na posição que chamamos de posição de equilíbrio. No entanto quando o retiramos dessa posição ele começa a se movimentar. Qual força atua sobre ele para que ele se movimente? Se você pensou na força gravitacional você acertou! O movimento do pêndulo simples é causado pela força gravitacional. Uma vez deslocado de sua posição de equilíbrio e solto, o corpo oscila porque transforma energia potencial gravitacional em energia cinética e vice versa. Na ausência de atrito, o sistema pendular é conservativo, ou seja, as oscilações duram para sempre!
Você pode observar o que acontece na presença de atrito a partir da simulação acima. Nela, é possível variar o fator de resistência, ou seja, alterar a resistência do ar, por exemplo. 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:
A componente da força Peso que é dado por P.cosθ se anulará com a força de Tensão
do fio, sendo assim, a única causa do movimento oscilatório é a P.senθ. O ângulo θ, expresso em radianos, por
definição é dado pelo quociente do arco descrito pelo ângulo, que no
movimento oscilatório de um pêndulo é x e o raio de aplicação do mesmo, no caso, dado por ℓ, assim:
Onde ao substituirmos em F: Assim 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:
Então, reescrevemos a força restauradora do sistema como: Sendo assim, a análise de um pêndulo simples nos mostra que, para pequenas oscilações, um pêndulo simples descreve um MHS. Como para qualquer MHS, o período é dado por:
Então o período de um pêndulo simples pode ser expresso por: |





