Todo el mundo conoce el viejo tropo en el que un cantante de ópera poderoso toca la nota correcta y un vaso de cristal se rompe por el ruido, pero ¿es realmente posible? La situación puede parecer inverosímil, como algo que es mucho más probable que veas en películas o dibujos animados que en la vida real.
De hecho, el fenómeno de resonancia significa que es técnicamente posible en la vida real, si la frecuencia de resonancia (la que coincide la frecuencia natural del vidrio) es producida por la voz de alguien o por uno o varios instrumentos.
Aprender más sobre la resonancia le permite comprender cómo funciona el sonido, los principios que sustentan muchos instrumentos musicales y cómo aumentar o disminuir el movimiento en un sistema mecánico como un columpio o una cuerda puente.
Definición de resonancia
La palabra resonancia originalmente viene del latín resonancia, que significa "eco", y está estrechamente relacionado con el resonar, que significa devolver un eco o "sonido de nuevo". Estas dos definiciones ya se relacionan con las ondas sonoras y le brindan una imagen básica del significado de la palabra en física también.
Sin embargo, más específicamente, la definición de resonancia en física es cuando la frecuencia de una oscilación o vibración externa coincide con la de un objeto (o cavidad) frecuencia naturaly, como resultado, hace que vibre o aumente su amplitud de oscilación.
En los sistemas mecánicos, la resonancia se refiere a la amplificación, refuerzo o prolongación del sonido u otras vibraciones. Al igual que en la definición anterior, esto requiere que se aplique una fuerza periódica externa a una frecuencia igual a la frecuencia natural de movimiento del objeto, que a veces se denomina resonante frecuencia.
Todos los objetos tienen una frecuencia natural o frecuencia resonante, que puedes considerar como la frecuencia en la que al objeto "le gusta" vibrar. Por ejemplo, si golpea un vaso de cristal con la uña, comenzará a vibrar a su frecuencia de resonancia y producirá un "tintineo" con el tono correspondiente. La frecuencia de vibración depende de las propiedades físicas del objeto, y puede predecir esto bastante bien para algunas cosas como una cuerda tensa.
Ejemplos de resonancia: resonancia sonora
Conocer algunos ejemplos de resonancia lo ayudará a comprender las diversas formas de resonancia que encuentra en su vida cotidiana. El ejemplo más común y simple son las ondas sonoras, porque cuando vibras tus cuerdas vocales a la derecha frecuencia (para la cavidad de la garganta y la boca), puede producir tonos de habla y tonos musicales que otras personas puedo oir.
La vibración de sus cuerdas vocales produce las ondas sonoras, que en realidad son ondas de presión en el aire compuestas por secciones comprimidas alternas (con una densidad superior a la media) y rarefacciones (con una densidad inferior a la media) densidad).
La mayoría de los instrumentos musicales funcionan de la misma manera. Por ejemplo, en un instrumento de metal, la vibración de los labios del músico contra la boquilla crea la vibración inicial, y cuando coincide con el resonante frecuencia (o un múltiplo de ella) para el tamaño de la tubería en la que sopla, hay resonancia y la amplitud de oscilación aumenta notablemente y produce una tono audible.
En los instrumentos de viento de madera, hay una “lengüeta” que vibra al pasar el aire sobre ella, y nuevamente el mismo proceso de resonancia y amplificación convierte esta pequeña vibración en un tono musical audible. Los instrumentos de cuerda como una guitarra son un poco diferentes, pero las cuerdas tienen una frecuencia de vibración resonante, y el Las ondas sonoras producidas resuenan en la cavidad (por ejemplo, en el espacio en el cuerpo de una guitarra acústica) para hacer el ruido. más fuerte.
Un ejemplo más simple es cuando dejas caer una herramienta o un plato al suelo. El ruido metálico producido es causado por la herramienta o placa que vibra a su frecuencia de resonancia. Esta forma más sencilla de generar sonido es utilizada por diapasones cuidadosamente diseñados, que están diseñados para para producir un tono específico como su frecuencia natural, que luego los músicos pueden afinar sus instrumentos a.
Ejemplos de resonancia: resonancia mecánica
Aunque la resonancia se usa generalmente para referirse a ondas sonoras, la resonancia mecánica es de alguna manera más fácil de entender. Un ejemplo sencillo es el de un niño que aprende a bombear un columpio por primera vez. El movimiento oscilatorio del columpio tiene una frecuencia natural, y cuando el niño aprende a empujar (es decir, aplicar una fuerza periódica) a la frecuencia natural del swing, su empuje se vuelve mucho más eficaz. Como resultado de esto, la amplitud de oscilación del columpio aumenta y la persona sentada en él aumenta cada vez más.
Sin embargo, alcanzar la frecuencia natural de un objeto no siempre es algo bueno. Por ejemplo, los soldados que marchan a través de un puente de cuerda al unísono podrían hacer que vibre fuera de control y posiblemente incluso colapse si dan un paso a su frecuencia natural. En casos como este, el general podría pedirles que "rompan el paso" para que no estén aplicando una fuerza periódica a la frecuencia natural del puente.
Incluso los diseños de puentes más estables tienen frecuencias de resonancia, pero esto solo causa un problema en causas raras (como con el Broughton Suspension Bridge, un puente en Inglaterra que se derrumbó en 1831, supuestamente debido a que los soldados marchaban al paso a través del puente).
Los relojes analógicos también dependen de la resonancia mecánica y la frecuencia natural de un componente para mantener el tiempo. Por ejemplo, los relojes de péndulo utilizan la frecuencia natural de la oscilación del péndulo para mantener el tiempo, y una rueda de equilibrio funciona con el mismo principio básico. Incluso los relojes de cristal de cuarzo dependen de la frecuencia de resonancia, pero en este caso el cristal regula la oscilación de un oscilador electrónico, lo que resulta en enormes mejoras en la precisión en comparación con los más simples diseños.
Otros ejemplos de resonancia
También hay muchas otras formas de resonancia, y todas funcionan según el mismo principio básico. Otros dos ejemplos de resonancia con los que estará familiarizado tienen que ver con oscilaciones electromagnéticas en lugar de mecánicas. El primero es tu microondas.
Las ondas producidas por el microondas producen calor en la comida porque su frecuencia coincide con la frecuencia de resonancia del moléculas dentro de los alimentos (por ejemplo, moléculas de agua y grasas), lo que hace que se tambaleen y posteriormente liberen energía en forma de calor.
Otro ejemplo es la antena de su televisor o incluso una antena de radio. Estos dispositivos están diseñados para maximizar la absorción de radiación electromagnética, y cuando "sintoniza" la antena a una frecuencia específica, está ajustando la frecuencia de resonancia para el dispositivo. Cuando la frecuencia de la antena coincide con la frecuencia de la señal entrante, resuena y su televisor o radio “capta” la señal.
Entonces, ¿cómo se rompe el cristal?
Ahora que comprende los puntos clave sobre la definición de resonancia y qué es una frecuencia de resonancia, puedes entender el ejemplo clásico de un cantante que logra romper un vaso de cristal cantando a la derecha terreno de juego. El vidrio tiene una frecuencia resonante y si el cantante produce un sonido con una frecuencia coincidente, el vidrio comenzará a vibrar. A esto se le llama vibración simpática porque antes de que el cantante hiciera ruido, el vaso estaba completamente quieto.
Al principio, puede haber una pequeña vibración en el vidrio, pero hacerlo añicos requiere una nota sostenida y fuerte en la frecuencia correcta. Si el cantante puede hacer esto, la amplitud de oscilación del vidrio aumenta y eventualmente comienza a comprometer la integridad estructural del vidrio. Es solo en este punto, cuando la nota se ha sostenido el tiempo suficiente para que la vibración del vidrio alcance la amplitud máxima que puede soportar, cuando el vidrio realmente se romperá.