Resonancia. Oscilaciones forzadas.
¿Sabías que..
...el puente de Tacoma Narrows fue destruido por un viento que no era demasiado fuerte?
Sucedió en 1940, en Washington, y la causa fueron las vibraciones resonantes inducidas por el viento en los cables que sujetaban el tablero del puente.
...las marchas militares rompen el paso cuando atraviesan un puente?
...existen pavimentos capaces de destrozar los amortiguadores de un coche sin ser excesivamente accidentados?
...las formas de los instrumentos musicales de cuerda están estrictamente regidas por leyes físicas que tienen que ver con la resonancia.
... una cantante puede romper una copa de cristal con su voz?
http://www.youtube.com/watch?v=FKvzTYQkeDE
Los amortiguadores de los coches constan de un émbolo que se mueve verticalmente por el interior de un cilindro lleno de aceite, un líquido prácticamente incompresible. Se sitúan dentro de un muelle elástico de acero que fija la rueda a la estructura del automóvil. Cuando la rueda encuentra un obstáculo, el muelle se comprime. El amortiguador absorbe su sacudida y frena su movimiento de vibración impidiendo que se comprima y se distienda más de una vez. Por ello, un pavimento capaz de hacer entrar en resonancia a los amortiguadores es especialmente perjudicial.
Es una precaución, desde que en 1850 las vibraciones producidas por unos soldados franceses al marcar el paso mientras atravesaban un puente coincidieron con la frecuencia natural de resonancia de éste. Las vibraciones resonantes llegaron a alcanzar tal amplitud que provocaron la destrucción de la estructura del puente. Fallecieron 226 soldados.
Para lograr romper una copa le basta escoger una nota que haga entrar en resonancia a la copa y mantenerla el tiempo suficiente. La copa oscilará cada vez más ampliamente hasta romperse.
Supongamos que tenemos un muelle oscilando con una frecuencia natural que se puede calcular mediante la fórmula :F = 1/2π k/m (la inversa del periodo).
Para que no se detenga le damos energía mediante una fuerza impulsora con la mano. Esta fuerza se aplica periódicamente, proporcionando un cierto impulso con otra frecuencia f´.
Se puede demostrar que si las dos frecuencias están muy cerca la transferencia de energía al muelle es máxima. Es el fenómeno conocido como resonancia.
Hay que darse cuenta que un oscilador que pierda poca energía por rozamiento al estar en resonancia con otro sistema ira aumentando progresivamente su amplitud. Aunque en cada oscilación aumente muy poco, será un proceso progresivo que le puede llevar con el tiempo a unas grandes amplitudes. No importa tanto la fuerza aplicada sino que sea resonante con el muelle y que este no pierda energía por rozamiento.
La resonancia entre dos sistemas periódicos tiene muchas aplicaciones prácticas. La sintonización de cualquier instrumento es un proceso de resonancia entre los circuitos del aparato y la onda electromagnética emitida por una antena. La construcción de la caja de madera de un violín debe estar en resonancia con la vibración de las cuerdas.
Aunque en otros casos puede llegar a ser perjudicial. Ya hemos leído lo que le sucedió a un par de puentes en el pasado. Para evitar estos problemas hoy en día se utilizan amortiguadores que estabilizan las grandes estructuras. Para reducir las oscilaciones del Citicorp Building (gran edificio de Nueva York) durante la acción de vientos fuertes se utiliza un sistema amortiguador de masa ajustable, que oscila a la misma frecuencia que el edificio pero desfasado en 180°.