En esa rama de la física llamada mecánica, un péndulo simple es una construcción mental o modelo teórico idealizado en el que una masa del tamaño de un punto se suspende de una varilla o cuerda, de masa despreciable, utilizada en un entorno sin fricción y por lo demás perfecto. Si la cuerda es larga y la masa se desplaza en un arco de sólo unos pocos grados bajo la influencia de la gravedad, el movimiento resultante es tanto lineal como armónico. La masa puntual actúa como si un resorte la tirara repetidamente hacia adelante y hacia atrás a lo largo de una línea a través de un punto central. La línea de movimiento de un péndulo simple sirve como eje y el punto es su origen. Este sistema se describe matemáticamente mediante una serie de ecuaciones directamente relacionadas con los procesos del mundo real.
El período o tiempo de oscilación de un péndulo simple, que opera bajo las restricciones mencionadas anteriormente es T = 2π (g / L) -1/2 – en esta ecuación, la fuerza gravitacional está representada por «g» y «L» representa la longitud del cuerda. Si el arco de movimiento es mucho más que unos pocos grados, la ecuación simple enumerada anteriormente, solo una aproximación, ya no es suficiente y debe incluir uno o más términos agregados de una ecuación virial infinita. Esa ecuación se escribe T = 2π (g / L) -1/2 [1+ (1/16) θ2 + (11/3072) θ4 +…]. Theta (θ) es el ángulo del arco en radianes. En la aplicación práctica, cuanto mayor es el arco, menos se parece un péndulo real a un péndulo simple.
Al igual que para muchos sistemas mecánicos, es interesante considerar tanto las energías cinética como las potenciales. Un péndulo simple debe detenerse e invertir la dirección en ambos extremos de su oscilación. La energía cinética alcanza un mínimo, cero, en estos puntos, por lo que, de acuerdo con la conservación de la energía, la energía potencial alcanza su máximo. Por el contrario, la energía potencial se minimiza en el centro del swing, mientras que la energía cinética alcanza su máximo. La velocidad se pone a cero en ambos extremos, pero alcanza un pico en el punto central.
La consideración matemática valida el uso del péndulo en relojes. Tan recientemente como en 1929, el reloj de péndulo de Riefler todavía se usaba como estándar de tiempo de los Estados Unidos. Incluso después de eso, fue reemplazado por otro reloj de péndulo, el reloj Shortt. Aunque ya no es el reloj estándar ni se encuentra entre los más precisos del mundo, la variedad Shortt logró la resolución asombrosamente precisa de un segundo por año. A medida que avanzaba la tecnología, era inevitable que el diseño básico idealizado en un péndulo simple fuera reemplazado por un reloj electrónico y, más tarde, atómico.