¿En qué consiste la resonancia?

Una de las atracciones imprescindibles de cualquier parque infantil es el columpio. Cuando los niños son pequeños, necesitan que los papás los empujen para conseguir que el columpio mantenga el movimiento. Con el tiempo, el niño aprende el truco y se da cuenta de que él mismo puede mover su cuerpo para conseguir balancearse sin ayuda. Con un poco de práctica, y eligiendo el momento adecuado para dar el impulso, la altura que se alcanza es cada vez mayor. La energía suministrada no sólo mantiene las oscilaciones, contrarrestando el rozamiento, sino que es capaz de aumentar progresivamente la amplitud de esos movimientos.

columpio_experimental

Lo mismo que ocurre en el columpio, se podría aplicar a cualquier cuerpo que oscila o vibra en torno a una posición de equilibrio. Las pérdidas de energía causadas por fuerzas disipativas amortiguan su movimiento, y hacen falta fuerzas impulsoras que permitan mantenerlo y que pueden, incluso, amplificarlo.

Todos los materiales están constituidos por partículas que se comportan como pequeños osciladores, que poseen una frecuencia de vibración propia o natural característica. Si sobre un cuerpo actúa una fuerza impulsora con una frecuencia igual a su frecuencia natural (y no hay desfase entre ellas), sus partículas vibrarán con la amplitud máxima posible. Este fenómeno se conoce como resonancia (mecánica).

Para cada sistema oscilante existe una frecuencia de resonancia para la cual la amplitud de la oscilación es máxima y, en esta situación, se dice que el oscilador está en resonancia.

El incremento de amplitud por resonancia puede ser realmente grande, como ocurre cuando una copa estalla por la acción de una onda sonora:

copa-resonancia

El sonido que lo provoca debe tener una frecuencia igual a la frecuencia de vibración natural del cristal (que se corresponde con la nota que emite la copa cuando se la hace sonar deslizando un dedo húmedo por su borde). Sin embargo, esto no ocurre fácilmente, aunque puede lograrse si, además, se emplean intensidades sonoras grandes y copas de cristal delgadas, que amortiguan menos la vibración:

El fenómeno de resonancia también ocurre cuando se toman dos diapasones capaces de emitir un sonido de la misma frecuencia y colocados próximos el uno del otro. Al hacer vibrar uno de ellos, las ondas sonoras que genera llegan al otro diapasón, y como la frecuencia de vibración coincide, éste comienza a emitir, espontáneamente, el mismo sonido.

diapason-resonancia.png

Muchos instrumentos disponen de una caja de resonancia que tiene la misión de amplificar el sonido. De la misma manera actúan el tórax y ciertas cavidades de la cabeza, que son resonadores de la voz humana y cuyo efecto manejan con gran maestría los buenos cantantes, especialmente líricos.

resonadores.png

La resonancia puede tener efectos negativos en determinadas construcciones, por lo que debe ser tenida en cuenta en los cálculos de ingeniería. Tradicionalmente, los militares rompen el paso al cruzar un puente para evitar que la vibración pueda ocasionar daños, aunque las estructuras de hoy en día son lo suficientemente resistentes como para que esto no ocurra. La resonancia también ha sido relacionada con el derrumbe del puente de Tacoma (EEUU), en 1940, que quedó registrado en vídeo:

Al parecer, aunque es una versión muy extendida, el colapso estructural del puente no se debió a la resonancia, sino a un efecto aerodinámico provocado por el viento conocido como flameo. Eso sí, las imágenes no dejan de ser espectaculares y nos dan una idea de lo que hemos querido explicar con todo lo anterior.

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