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Blog de Mercedes González Mas

Aplicaciones de la resonancia

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza externa periódica. Si el periodo de la fuerza externa coincide con el periodo de vibración de dicho cuerpo, el cuerpo vibra aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento. Los objetos solo pueden entrar en resonancia a su frecuencia natural.

La resonancia tiene muchas aplicaciones prácticas, aquí tenéis algunos ejemplos:

– Audición.

El fenómeno de la audición está íntimamente relacionado con la resonancia. La audición es la percepción  de las ondas sonoras que se propagan por el espacio y llegan a nuestras orejas, que las transmiten por los conductos auditivos externos hasta que chocan con el tímpano, haciéndolo vibrar.

El oído humano está formado por unas fibras, preparadas para resonar cuando le llegan sonidos cuya frecuencia esté comprendida entre los 20000 HZ y los 20 Hz, que son las frecuencias  audibles para el ser humano.

Cuando un sonido llega a nuestro oído, el tímpano vibra y lo transmite a la cadena de huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo) hasta llegar al caracol, donde sólo vibran las fibras que puede entrar en resonancia con el tono o frecuencia del sonido recibido. Los estímulos recogidos por las fibras producen diferencias de potencial que varían con el ritmo de la onda sonora recibida. Estas diferencias de potencial dan lugar a corrientes eléctricas que llegan al cerebro a través de los nervios.

Resonancia musical.

Un ejemplo que  pone de manifiesto el fenómeno de resonancia es el siguiente. Utilizando dos diapasones idénticos, y próximos el uno al otro se observa que al hacer vibrar uno de ellos el otro comienza a vibrar eso se debe a que al ser idénticos vibran con la misma frecuencia y por tanto están en resonancia.

Muchos instrumentos musicales se diseñan con cavidades resonantes para producir variedad de sonidos. Acoplando una cavidad resonante se genera una onda que es percibida por nuestro oído o por un micrófono.

Tiene especial importancia las cajas resonantes en instrumentos de cuerda. La forma y tamaño de estas son determinantes para que sus frecuencias naturales estén comprendidas dentro de la banda de frecuencias que se quiere reforzar.

Los instrumentos de viento, por ejemplo las trompetas no suenan de cualquier forma, para que al soplar emitan una nota se tiene que cumplir que la vibración de los labios tengan una frecuencia capaz de producir resonancia con el aire que hay en el interior del tubo.

Resonancia de las moléculas de agua.

Este fenómeno se utiliza para calentar alimentos en los hornos llamados microondas.

El funcionamiento de un horno microondas se basa en la vibración de las moléculas de agua al ser excitadas por un campo electromagnético debido a que se trata de una molécula polar. 

La molécula de agua entra en resonancia con una frecuencia de una onda electromagnética de 2450 MHz, de manera que se pone a vibrar alrededor de su posición inicial causando una fricción o rozamiento y por tanto un calentamiento de los alimentos. Recordar que todos los alimentos en su composición tienen un elevado porcentaje de agua. Si un alimento no contiene agua no se calienta, por eso un plato vacío no se calienta.

Resonancia eléctrica.

En los receptores de radio permite al oyente percibir con claridad las señales de radio, cuando se sintoniza una determinada frecuencia. En el caso de las emisoras de FM los rangos de frecuencia varian entre 88 y 108 MHz.

Se utilizan circuitos resonantes o LC, formados por una bobina L y un condensador C. El circuito es un oscilador que transfiere energía del condensador hasta el campo magnético de la bobina i viceversa. A una determinada frecuencia el circuito entra en resonancia eléctrica.

La relación entre tensión e intensidad permitirá conocer la impedancia del circuito. Se observa que para una frecuencia dada (frecuencia de resonancia) la impedancia es mínima, o lo que es lo mismo, ante una tensión aplicada la intensidad es máxima.

 

Resonancia magnética nuclear (RMN).

Es un examen medico no invasivo. Es una técnica que utiliza imanes y ondas de radio potentes para crear imágenes del cuerpo. No se emplea radiación (rayos X).

Se coloca al paciente dentro de un electroimán muy potente. Se le envía una onda de radio que entra en resonancia con los protones del hidrógeno, que están presente en todos los tejidos del cuerpo humano. Se interrumpe la onda y los protones vuelven a su estado natural emitiendo una señal que es recibida y utilizada para reconstruir una imagen del interior del paciente.

La resonancia magnética crea imágenes detalladas de los órganos, tejidos blandos, huesos y prácticamente toda la estructura interna del paciente.

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21 noviembre 2010 Posted by | ....BII-Vibració i ones, 2n Batxillerat-Física | | Deja un comentario

El fenómeno de la resonancia. Puente de Tacoma

Para que se produzca el fenómeno de la resonancia se requiere:resonancia

a) De un sistema elástico que presente frecuencias naturales de vibración, 

b) De una fuerza externa de tipo periódico que actúe sobre el sistema elástico,

c) De una coincidencia entre ambos tipos de frecuencia.

Un cuerpo, dependiendo de su forma, de su masa, del material de que esté hecho,  oscilará con ciertas frecuencias propias a las que, se les denomina frecuencias naturalesfrecuencias características. Cuando un sistema es excitado con alguna de sus frecuencias características, la amplitud de la oscilación va creciendo cada vez más y decimos que el sistema ha entrado en resonancia.

” La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un sistema capaz de vibrar u oscilar,  es sometido a la acción de una fuerza periódica externa, cuya frecuencia de vibración coincide con alguna de las frecuencias naturales del sistema. El sistema vibra aumentando progresivamente la amplitud del movimiento.”

Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos.

¿Cómo puede presentarse este fenómeno en la vida real?

Teniendo en cuenta que estamos en un mundo sometido continuamente a fuerzas oscilantes, como el viento , los terremotos, y si además estamos rodeados de estructuras elásticas, como ventanas , puentes, edificios.

Se pueden presentar varios ejemplos de resonancia:

Ejemplo 1: Cuando se escucha música dentro de una habitación, algunas veces al aparecer sonidos de frecuencia muy baja los vidrios de las ventanas empiezan a vibrar violentamente. Esto ocurre, naturalmente, porque hay un fenómeno de resonancia, ya que en tales casos la frecuencia de los sonidos graves coincide con alguna de las frecuencias naturales de oscilación de los vidrios de las ventanas.

Ejemplo 2: Cuando el ejercito formado por decenas de soldados marchan dando golpes rítmicos de frecuencia muy constante en el piso, al cruzar sobre un puente, que como se ha señalado es una estructura elástica con sus propias frecuencias naturales de vibración, en caso de que conserven su marcha acompasada se corre el peligro de que su frecuencia de golpeteo  coincida con alguna de las frecuencias naturales del puente; para evitar ese peligro a las formaciones de soldados se les ordena romper la marcha cuando cruzan un puente.

Ejemplo 3: Un ejemplo impresionante de fenómenos de resonancia es lo ocurrido en 1940 en el puente de Tacoma (Narrows) en EE.UU. El puente fue construido con las mejores técnicas de ingeniera de la época. Fue inaugurado el 1 de julio de 1940 y solo 4 meses después, el 7 de noviembre de 1940 unas rachas de viento moderadas de 64 Km/h hicieron que el puente se retorciese violentamente y finalmente cayera. Observa el siguiente vídeo

Otro fenómeno curioso de resonancia fue lo ocurrido en el puente Millenium, un puente peatonal construido sobre el rio Támesis (Londres). Inaugurado en junio del año 2000, lo cruzaron más de 100 000 personas el primer fin de semana. El puente entró en resonancia con las pisadas sincronizadas de los peatones al andar y presento movimientos laterales mayores de lo esperado. El puente fue cerrado y abierto 2 años después, la solución al problema fue fijar amortiguadores del movimiento. Observa el vídeo

En el próximo vídeo veréis como los conductores rusos fueron sorprendidos por inusuales y bruscos movimientos del puente de la ciudad de Volgogrado. La estructura del puente presentó ondulaciones que asustaron a los conductores. Las autoridades de la zona explicaron que el fenómeno se originó por el viento.

Ejemplo 4: Un caso muy conocido de resonancia es cuando un o una cantante dirigen su voz hacia una copa de cristal; es sabido que la copa es una estructura elástica que vibra a frecuencias claramente reconocibles por el oído humano, por tanto, si el cantante entona sonidos de la misma frecuencia, y los lanza contra la copa con un sonido potente se produce el fenómeno de resonancia que puede llegar a romper la copa.

Ejemplo 5: Finalmente, otro ejemplo de los efectos destructivos que pueden producirse en caso de resonancia, se presenta cuando una ciudad es afectada por un terremoto; la ciudad está llena de estructuras elásticas de gran escala, tales como edificios y puentes; la frecuencia con que se mueve el suelo, está ante todo en el rango de los 0.5 -2 Hz, son frecuencias relativamente bajas, pero las grandes masas de los edificios de más de 5 pisos de altura por su propia inercia tienden a tener frecuencias bajas y propician por tanto la ocurrencia del fenómeno de resonancia. En este caso la amplitud de las oscilaciones mecánicas de los edificios tiende a crecer tanto en cada ciclo que pueden llegar al punto de ruptura, tal como sucedió con muchos edificios en el gran terremoto de la ciudad de México en 1985.

10 noviembre 2010 Posted by | ....BII-Vibració i ones, 2n Batxillerat-Física | , , , , , | Deja un comentario