Simulación visual de un péndulo simple
Cómo simular el movimiento de un péndulo simple en JavaScript y mostrar las fuerzas físicas a las que está sometido.
Introducción
La física, con su complejidad inherente, a menudo se vuelve más accesible y comprensible mediante representaciones visuales. La simulación de fenómenos físicos, como el péndulo simple, no solo ofrece una perspectiva clara de los conceptos abstractos, sino que también nos ofrece la oportunidad de aplicar conocimientos teóricos mediante ejemplos prácticos con el uso de lenguajes de programación como JavaScript.
En este artículo, exploraremos la creación de una simulación visual de un péndulo simple. Analizaremos las fórmulas básicas de fuerza que actúan sobre el péndulo y aprenderemos a dibujar y ejecutar una animación en el elemento canvas de HTML programando en JavaScript.
Fórmulas y fundamentos físicos del péndulo simple
Antes de empezar repasemos un poco las fuerzas que actúan sobre el péndulo. Concretamente hay dos fuerzas que actúan sobre la masa del péndulo, el peso y la tensión de la cuerda.
Peso
El peso se define por F = m * g representa la fuerza que actúa hacia abajo en el centro de masa del péndulo, donde (m) es la masa y (g) es la aceleración debida a la gravedad.
Usando trigonometría, el peso se puede descomponer en dos fuerzas:
Fuerza en la dirección tangencial
En la dirección tangencial, la única fuerza responsable del movimiento oscilatorio del péndulo es la componente x del peso - m * g * sin(theta). El símbolo negativo indica que es una fuerza de restitución contraria a la dirección del movimiento del péndulo.
Fuerza en la dirección radial
La fórmula m * g * cos(theta) de la gravedad actúa en la dirección radial hacia afuera del círculo. Esta fuerza contrarresta la fuerza de tensión y contribuye al equilibrio del péndulo en su movimiento circular.
Fuerza de tensión
La fuerza de tensión T es la fuerza que mantiene la cuerda del péndulo en su trayectoria circular. Se dirige hacia el punto de suspensión y actúa radialmente hacia adentro. Esta fuerza es la que mantiene el equilibrio entre la gravedad y la velocidad angular del péndulo.
Simulación y código completo en JavaScript
A continuación puedes ver la simulación y todo el código necesario para realizar la simulación. Verás que en los puntos más altos y más bajos las fuerzas se equilibran, es decir, las flechas que representan las fuerzas se superponen o contrarestan.