Resonancia (física)

Resorte en resonancia

La resonancia es un fenómeno físico que se produce cuando un sistema de oscilación forzada se somete a una tensión periódica de una frecuencia igual a la oscilación del propio sistema, con el efecto de amplificación progresiva de la propia oscilación.

Descripción

En 1665, el físico y matemático holandés Christiaan Huygens , uno de los primeros en postular la teoría ondulatoria de la luz, observó que, al colocar dos péndulos uno al lado del otro y en la misma pared, tendían a afinar su movimiento oscilatorio, como si " quería asumir el mismo ritmo " . Con sus estudios descubrió ese fenómeno que hoy llamamos 'resonancia'. En el caso de los dos péndulos, se dice que uno hace que el otro resuene a su propia frecuencia. De la misma manera y por el mismo principio, si golpeas un diapasón , que produce ondas a la frecuencia fija de 440 Hz, y lo colocas cerca de un segundo diapasón 'silencioso', después de un breve intervalo este último también comienza a sonar. vibrar.

Un fenómeno de resonancia generalmente provoca un aumento significativo en la amplitud de las oscilaciones, lo que corresponde a una acumulación considerable de energía dentro del sistema estresado.

En este fenómeno, un sistema interactúa con una fuerza periódica externa, que transmite cierta cantidad de energía a un cuerpo que se mueve con movimiento armónico. Un ejemplo es el del niño sentado en el columpio, donde tenemos: el excitador (niño empujando) y el resonador (sistema swing + niño). Si el empuje es de cierta cantidad, en el punto donde se invierte la dirección del movimiento de balanceo, alcanzará una altura mayor con cada empuje. El valor que debe tener el empuje depende de las propiedades del resonador. Se dice que el excitador y el resonador están sincronizados. La resonancia puede destruir el sistema debido a la acumulación excesiva de energía.

En los sistemas viscosos amortiguados por fricción (por lo tanto, en general, todos los osciladores reales), la amplitud máxima de las oscilaciones inducidas al sistema se produce cuando la frecuencia de tensión es ligeramente inferior a la frecuencia natural. Sin embargo, esta diferencia disminuye a medida que disminuye el coeficiente de amortiguación. De hecho, la frecuencia natural, que corresponde a la amplitud máxima, es: $\omega _{M}={\sqrt {\omega _{0}^{2}-2\gamma ^{2}}}\ <\omega _{0}$ ${\ Displaystyle \ omega _ {M} = {\ sqrt {\ omega _ {0} ^ {2} -2 \ gamma ^ {2}}} \ <\ omega _ {0}}$ ${\ Displaystyle \ omega _ {M} = {\ sqrt {\ omega _ {0} ^ {2} -2 \ gamma ^ {2}}} \ <\ omega _ {0}}$ , Dónde está $\omega _{0}$ ${\ Displaystyle \ omega _ {0}}$ $\ omega _ {0}$ es la propia pulsación del sistema, e $\gamma$ ${\ Displaystyle \ gamma}$ $\distancia$ es el coeficiente de amortiguación . Esto sucede solo en el caso de la desigualdad $\omega _{0}^{2}>{\gamma ^{2}}$ ${\ Displaystyle \ omega _ {0} ^ {2}> {\ gamma ^ {2}}}$ ${\ Displaystyle \ omega _ {0} ^ {2}> {\ gamma ^ {2}}}$ (amortiguación débil). De lo contrario, la condición de resonancia no genera ningún máximo de amplitud a medida que varía la tensión externa.

A menudo, por condición de resonancia se entiende precisamente cuando la frecuencia de tensión es la que genera la máxima amplitud de oscilación del sistema. Un cuerpo capaz de vibrar con una determinada frecuencia, si es golpeado por una onda de la misma frecuencia, comienza a vibrar, pero todos los demás no.

Ejemplos de

Un diapasón en su caja de resonancia, un ejemplo de resonancia acústica

Resonancia armónica : se manifiesta en el movimiento armónico forzado sin y con amortiguación, en sistemas reales como el resorte o el péndulo matemático con pequeñas oscilaciones, ambos bajo la acción de fuerzas cíclicas.
Resonancia paramétrica : se manifiesta en movimiento paramétrico, en sistemas reales como el balancín y los paramps.
Resonancia acústica : ocurre en sistemas acústicos.
Resonancia de Helmholtz : fenómeno de resonancia acústica del aire en una cavidad
Resonancia eléctrica : ocurre en circuitos eléctricos.
Resonancia Schumann : concierne al planeta Tierra

Bibliografía

C. Mencuccini y V. Silvestrini, Física I (Mecánica y termodinámica) , 3a ed., ISBN 88-207-1493-0 , Liguori Editore, 1996.

Otros proyectos

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