7 de noviembre de 2011

Efecto de las Vibraciones y la Resonancia



Cuando se aplica una vibración a cualquier objeto, ésta se transmite por toda su estructura, haciéndola vibrar a la misma frecuencia. Y si la frecuencia de la vibración está en el rango de audición de nuestro oído, estamos hablando de un sonido.

Una Resonancia es una oscilación amplificada. Es decir, que a dicha frecuencia de resonancia, la respuesta a la vibración es mucho mayor en amplitud que a cualquier otra; y si la vibración aplicada tiene la intensidad suficiente puede llegar a colapsar o romperse la estructura u objeto.Y esto puede ocurrir con varias frecuencias diferentes para un mismo objeto, es decir, puede tener distintas frecuencias de resonancia.

Un diapasón, al vibrar, da la nota LA porque su frecuencia propia son 440 Hz. En este caso no es una vibración lo que se aplica al diapasón, sino una percusión, en términos físicos; por lo que, al permitir su oscilación libre, éste adopta de forma natural su frecuencia de resonancia. Así funcionan la mayoría de los instrumentos musicales.



En este vídeo se observa un experimento, en donde sobre una tabla se coloca granos de arroz mientras que se le aplica un barrido de frecuencias de grave a agudo, generando estas curiosas formas.

Cada frecuencia de resonancia tiene asociado lo que se llama un modo propio de vibración, es decir, una forma particular de moverse que depende de las propiedades del objeto: geometría, masa, estado de carga, condiciones de contorno, etc. Oscila siempre de forma armónica, es decir, como una función sinusoidal. Por ello, hay puntos donde la amplitud de la vibración es máxima y otros puntos donde ésta se anula (modos). El arroz tiende a acumularse en las zonas donde no hay vibración, llamadas líneas de nodos, y a quedarse quieto ahí, ya que son las únicas zonas de la tabla donde no hay movimiento.





Los modos de vibración se ordenan según la frecuencia propia: primer modo, segundo modo, etc., en orden ascendente de frecuencias. A frecuencias bajas el número de nodos es pequeño, y según nos movemos hacia los agudos aparecen cada vez más, por eso el número de líneas del dibujo aumenta.

Cuando el barrido de frecuencias pasa por una de las frecuencias propias y se forma la figura correspondiente, la intensidad del sonido también aumenta, ya que la resonancia multiplica la amplitud de la oscilación y se escucha más fuerte.




En ingeniería, y particularmente en el diseño de naves espaciales, la identificación de las frecuencias de resonancia es crítica, ya que los satélites suelen llevar instrumentos muy delicados que no soportarían una vibración de esas magnitudes y hay que evitarlas a toda costa. Los aviones tampoco escapan a este problema: bajo ciertas condiciones de carga podría ocurrir que un avión entrara en flameo (flutter), es decir, que las oscilaciones producidas por las cargas aerodinámicas, turbulencias o ráfagas de aire, encontraran una resonancia en la estructura y se amplificaran hasta su límite de resistencia. Y normalmente esto ocurre en unos pocos segundos. Hoy en día ningún avión es certificado para el vuelo sin antes haber pasado un exhaustivo análisis de vibraciones.


Les dejo un par de vídeos mas que muestran claramente este efecto:








Via: Acusticaweb

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