Почему период колебаний маятника не зависит от амплитуды?

Потому что инертная масса равна гравитационной, и потому что синус малого угла примерно равен самому углу (если угол в радианах) . 

Маятник почему колеблется? Потому что на него действует возвращающая сила, которая - по закону всемирного тяготения - пропорциональна массе груза. Но ускорение груза, которое возникает под действием ЭТОЙ силы, - по второму закону того же Ньютона - ОБРАТНО процпорционально массе. Вот и получается, что сила пропорциональна массе. а ускорение, вызываемое этой силой, массе обратно пропорционально. И раз эти массы эквивалентны, то они попросту "сокращаются в числителе и знаменателе", и ускорение оказывается не зависящем от массы. 
Это, между прочим, отнюдь не тривиальное умозаключение. Ведь закон всемирного тяготения и второй закон - НЕЗАВИСИМЫЕ законы. И, вообще говоря, ниоткуда не следует, что масса в одном законе и масса в другом законе - одна и та же масса. И окончательно это было прояснено только в Общей теории относительности, которая исходит из эквивалентности масс, и из которой в предельном случае получается закон всемирного тяготения. 

Ну а с синусом совсем просто. Если тупо написать уравнение движения такого маятника (там математика на уровне восьмого класса) , то в него буцдет входить синус угла отклонения. Для малых углов этот синус можно заменить самим аргументом, и тогда получится, что вторая производная от координаты (отклонения от положения равновесия) пропорциональна самой координате, а не её синусу. И такое уравнение решается элементарно - его решением будут гармонические функции (синус) строго определённой частоты, которая как раз и зависит от длины маятника, но ЛЮБОЙ амплитуды.