Risonanza: definizione, tipi, frequenza ed esempi

Tutti conoscono il vecchio tropo in cui un potente cantante d'opera colpisce la nota giusta e un cristallo si frantuma dal rumore, ma è davvero possibile? La situazione potrebbe sembrare inverosimile, come qualcosa che sarebbe molto più probabile vedere nei film o nei cartoni animati che nella vita reale.

Infatti il ​​fenomeno di risonanza significa che è tecnicamente possibile nella vita reale, se la frequenza di risonanza (quella che corrisponde la frequenza naturale del bicchiere) è prodotto dalla voce di qualcuno o da uno o più musical strumenti.

Imparare di più sulla risonanza ti dà una comprensione di come funziona il suono, i principi alla base di molti strumenti musicali e come aumentare o diminuire il movimento in un sistema meccanico come un'altalena o una corda ponte.

La parola risonanza deriva originariamente dal latino risonanza, che significa "eco", ed è strettamente correlato al resound, che significa restituire un'eco o "suono di nuovo". Questi due definizioni si riferiscono già alle onde sonore e ti danno un'immagine di base del significato della parola in fisica pure.

Tuttavia, più specificamente, la definizione di risonanza in fisica è quando la frequenza di un'oscillazione o vibrazione esterna corrisponde a un oggetto (o cavità) frequenza naturale, e di conseguenza lo fa vibrare o ne aumenta l'ampiezza di oscillazione.

Nei sistemi meccanici, la risonanza si riferisce all'amplificazione, al rinforzo o al prolungamento del suono o di altre vibrazioni. Proprio come nella definizione di cui sopra, ciò richiede l'applicazione di una forza periodica esterna a una frequenza uguale alla frequenza naturale di movimento per l'oggetto, che a volte è chiamato risonante frequenza.

Tutti gli oggetti hanno una frequenza naturale o frequenza di risonanza, che puoi pensare come la frequenza a cui l'oggetto "piace" vibrare. Ad esempio, se si tocca un cristallo con un'unghia, questo inizierà a vibrare alla sua frequenza di risonanza e produrrà un "ting" con un'altezza corrispondente. La frequenza della vibrazione dipende dalle proprietà fisiche dell'oggetto e puoi prevederlo abbastanza bene per alcune cose come una corda tesa.

Imparare alcuni esempi di risonanza ti aiuterà a capire le varie forme di risonanza che incontri nella tua vita quotidiana. L'esempio più comune e più semplice sono le onde sonore, perché quando si vibrano le corde vocali a destra frequenza (per la cavità della gola e della bocca), puoi produrre toni del parlato e toni musicali che altre persone poter sentire.

La vibrazione delle tue corde vocali produce le onde sonore, che sono in realtà onde di pressione nell'aria composte da alternando sezioni compresse (con densità superiore alla media) e rarefazioni (con densità inferiore alla media) densità).

La maggior parte degli strumenti musicali funziona allo stesso modo. Ad esempio, in uno strumento di ottone, la vibrazione delle labbra del musicista contro il bocchino crea la vibrazione iniziale, e quando questa corrisponde alla risonanza frequenza (o un suo multiplo) per la dimensione del tubo in cui soffia, c'è risonanza e l'ampiezza dell'oscillazione aumenta notevolmente e produce un tono udibile.

Negli strumenti a fiato, c'è una "ancia" che vibra quando l'aria viene passata su di essa, e ancora una volta lo stesso processo di risonanza e amplificazione trasforma questa piccola vibrazione in un tono musicale udibile. Gli strumenti a corda come una chitarra sono leggermente diversi, ma le corde hanno una frequenza di vibrazione risonante e il le onde sonore prodotte risuonano nella cavità (ad esempio, nello spazio nel corpo di una chitarra acustica) per produrre il rumore più forte.

Un esempio più semplice è quando si lascia cadere a terra uno strumento o un piatto. Il clangore prodotto è causato dall'utensile o dalla piastra che vibra alla sua frequenza di risonanza. Questo modo più semplice per generare il suono viene utilizzato da diapason accuratamente progettati, progettati in modo da per produrre un tono specifico come frequenza naturale, che i musicisti possono quindi accordare i loro strumenti per.

Sebbene la risonanza sia solitamente usata per riferirsi alle onde sonore, la risonanza meccanica è in qualche modo più facile da capire. Un semplice esempio è un bambino che impara a pompare un'altalena per la prima volta. Il movimento oscillatorio dell'altalena ha una frequenza naturale e quando il bambino impara a spingere (vale a dire, applicare una forza periodica) alla frequenza naturale dell'oscillazione, la loro spinta diventa molto maggiore efficace. Di conseguenza, l'ampiezza dell'oscillazione dell'altalena aumenta e la persona seduta su di essa aumenta ogni volta.

Colpire la frequenza naturale di un oggetto non è sempre una buona cosa, però. Ad esempio, i soldati che marciano all'unisono su un ponte di corda potrebbero farlo vibrare senza controllo e persino crollare se camminano alla sua frequenza naturale. In casi come questo, il generale potrebbe chiedere loro di "rompere il passo" in modo che non applichino una forza periodica alla frequenza naturale del ponte.

I progetti di ponti ancora più stabili hanno frequenze di risonanza, ma questo causa un problema solo in rare cause (come con il Broughton Suspension Bridge, un ponte in Inghilterra che crollò nel 1831, presumibilmente a causa di soldati che marciavano al passo attraverso il ponte).

Gli orologi analogici dipendono anche dalla risonanza meccanica e dalla frequenza naturale di un componente per tenere il tempo. Ad esempio, gli orologi a pendolo utilizzano la frequenza naturale dell'oscillazione del pendolo per mantenere il tempo e un bilanciere funziona secondo lo stesso principio di base. Anche gli orologi al quarzo dipendono dalla frequenza di risonanza, ma in questo caso il cristallo regola la oscillazione da un oscillatore elettronico, con conseguenti enormi miglioramenti nella precisione rispetto al più semplice disegni.

Esistono anche molte altre forme di risonanza e tutte funzionano sullo stesso principio di base. Altri due esempi di risonanza con cui avrai familiarità hanno a che fare con le oscillazioni elettromagnetiche piuttosto che con quelle meccaniche. Il primo è il tuo microonde.

Le onde prodotte dal microonde producono calore nel cibo perché la loro frequenza corrisponde alla frequenza di risonanza del of molecole all'interno del cibo (ad es. molecole di acqua e grasso), che le fa oscillare e successivamente rilascia energia sotto forma di calore.

Un altro esempio è l'antenna per la tua TV o anche un'antenna radio. Questi dispositivi sono progettati per massimizzare l'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche e quando si "sintonizza" l'antenna su una frequenza specifica, si regola la frequenza di risonanza per il dispositivo. Quando la frequenza dell'antenna corrisponde alla frequenza del segnale in ingresso, risuona e la TV o la radio "raccolgono" il segnale.

Ora che hai compreso i punti chiave sulla definizione di risonanza e che cos'è una frequenza di risonanza, puoi capire il classico esempio di un cantante che riesce a rompere un bicchiere di cristallo cantando a destra intonazione. Il bicchiere ha una frequenza di risonanza e se il cantante produce un suono con una frequenza corrispondente, il bicchiere inizierà a vibrare. Questo si chiama a vibrazione simpatica perché prima che il cantante facesse rumore, il vetro era completamente fermo.

All'inizio potrebbe esserci una piccola vibrazione nel bicchiere, ma in realtà farlo frantumare richiede una nota sostenuta e forte alla giusta frequenza. Se il cantante riesce a fare ciò, l'ampiezza di oscillazione del vetro aumenta e alla fine inizia a compromettere l'integrità strutturale del vetro. È solo a questo punto, quando la nota è stata sostenuta abbastanza a lungo da consentire alla vibrazione del bicchiere di raggiungere l'ampiezza massima che può supportare, che il vetro si romperà effettivamente.