# Péndulos acoplados

> Dos péndulos unidos por un muelle: modos normales en fase y en oposición, pulsaciones y cómo la energía pasa de uno a otro.

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## Qué es y cómo se usa

Dos péndulos iguales unidos por un muelle débil son el ejemplo más sencillo de osciladores acoplados. Tienen dos maneras especiales de oscilar, los modos normales: moviéndose juntos (en fase), sin estirar el muelle, con ω₁ = √(g/L); o en sentidos opuestos (en oposición), estirando y comprimiendo el muelle, con ω₂ = √(g/L + 2k/m), algo más rápida.

Cualquier otro movimiento es una suma de los dos modos. Si separas solo uno de los péndulos y lo sueltas, los dos modos se mezclan y como sus frecuencias son parecidas aparecen pulsaciones: el primero va perdiendo amplitud mientras el segundo empieza a oscilar, hasta que toda la energía ha pasado al segundo, y luego vuelve. El periodo de ese intercambio es 2π/(ω₂ − ω₁).

Prueba las tres formas de empezar y cambia la longitud y la constante del muelle: con un muelle más flojo las frecuencias de los modos se acercan y el intercambio es más lento.

## Ejemplo resuelto

**Dos péndulos de 1 m y 0,5 kg están unidos por un muelle de k = 0,4 N/m. Calcula las frecuencias angulares de los dos modos y el periodo de las pulsaciones.**

1. Modo en fase: ω₁ = √(g/L) = √9,81 ≈ 3,132 rad/s.
2. Modo en oposición: ω₂ = √(g/L + 2k/m) = √(9,81 + 1,6) ≈ 3,378 rad/s.
3. Periodo de las pulsaciones: T = 2π/(ω₂ − ω₁) = 2π/0,246 ≈ 25,5 s.
4. La energía pasa entera de un péndulo al otro en la mitad, unos 12,8 s.

**Solución:** ω₁ ≈ 3,13 rad/s, ω₂ ≈ 3,38 rad/s y pulsaciones cada 25,5 s

## Preguntas frecuentes

### ¿Qué es un modo normal?

Una forma de oscilar en la que todas las partes del sistema se mueven con la misma frecuencia y mantienen su relación de fase. Si el sistema empieza en un modo normal, se queda en él para siempre. Dos péndulos acoplados tienen dos modos; un sistema con N partes, N modos.

### ¿Por qué la energía pasa de un péndulo a otro?

Porque el movimiento es la suma de dos modos con frecuencias un poco distintas. Al principio están en fase y se suman en el primer péndulo y se cancelan en el segundo; con el tiempo uno adelanta al otro y la situación se invierte. Es lo mismo que las pulsaciones entre dos notas de frecuencias parecidas.

### ¿Dónde aparecen osciladores acoplados?

En las moléculas (los átomos vibran en modos normales que se ven en espectroscopia), en los edificios, en circuitos eléctricos acoplados, en las cuerdas de un piano que suenan a la vez o en los cristales, donde los modos normales son los fonones.

### ¿Vale para ángulos grandes?

Las fórmulas suponen ángulos pequeños (sen θ ≈ θ), hasta unos 15°. Con ángulos mayores las frecuencias cambian un poco con la amplitud y el intercambio de energía ya no es perfecto.

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