Resonancia

En esta ocasión les traigo un post dedicado a la demostración de un fenómeno, llamado Resonancia. espero les guste!

Este proyecto consiste en armar un sistema resonador en el que se pueda observar los distintos tipos de oscilaciones producidas por un generador de frecuencias. Antes de mostrar la parte experimental de mi proyecto daré una introducción al tema y las bases científicas que explican el mismo.

La Resonancia 

es un fenómeno que se produce al coincidir la frecuencia propia de un circuito con la frecuencia de una excitación externa; también nos referimos a ella como un conjunto de fenómenos relacionados con los movimientos periódicos o casi periódicos en que se produce reforzamiento de una oscilación al someter el sistema a oscilaciones de una frecuencia determinada.

Con este proyecto buscamos mostrar a simple vista los patrones formados al someter nuestro sistema, con una frecuencia natural previa, a una excitación externa (las ondas de sonido); mediante un generador de frecuencias.

Todos los objetos tienen una frecuencia que los caracteriza y ésta se denomina frecuencia natural. Si se emite una vibración cerca del objeto, éste comienza a vibrar “sin que nadie lo toque” debido a su frecuencia natural. Si a un objeto se le envía una vibración con la misma frecuencia que su frecuencia natural, la vibración del objeto comenzará a ser más pronunciada y por consiguiente, se acumulará cada vez más, así como también se acumulará cada vez más energía.

Propagación: un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas del medio que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente. Cada molécula del medio entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio.

Oscilación forzada: Las oscilaciones forzadas resultan de aplicar una fuerza periódica y de magnitud constante (llamada generador G) sobre un sistema oscilador (llamado resonador R). En esos casos puede hacerse que el sistema oscile en la frecuencia del generador (ƒg), y no en su frecuencia natural (ƒr). Es decir, la frecuencia de oscilación del sistema será igual a la frecuencia de la fuerza que se le aplica. Esto es lo que sucede al poner nuestro generador en una frecuencia de 150 Hz,  la placa vibra a esa frecuencia y ya no a su frecuencia natural.

Debe tenerse en cuenta que no siempre que se aplica una fuerza periódica sobre un sistema se produce una oscilación forzada. La generación de una oscilación forzada dependerá de las características de amortiguación del sistema generador y de las del resonador, en particular su relación.

Concepto De Onda: Es una oscilación que se propaga en un medio (con velocidad finita), por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vació.

Una Onda Estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio. Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Hay puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.

Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagación sino los distintos modos de vibración del trozo de metal. Para un trozo de metal, sólo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia. La más baja se denomina frecuencia fundamental, y las demás son múltiplos enteros de ella (doble, triple, ...). 

• Objetivos

• Mostrar de manera física lo que ocurre cuando aplicamos una excitación externa en un sistema.

• Explicar de manera Gráfica el fenómeno presentado al aplicarle distintos rangos de frecuencia a un circuito.

Justificación

Elegimos este Proyecto porque nos pareció interesante como aplicando vibraciones a un trozo de metal, puede haber puntos en este que no se mueven, que es donde se concentra la sal. Adicional a esto nos llamó la atención el hecho de que cada rango de frecuencia representaba una forma diferente y poder explicar de manera gráfica que ocurre con las ondas al someterla a distintos rangos de frecuencias.

Materiales

• 1 Subwoofer Software que funcione como amplificador de frecuencias 

• Goma caliente1

• Pedazo de tubo de PVC

• Tape1

• Placa de metal

•  1 Tornillo, 2 tuercas y 2 arandelas

• Herramientas varias

• Bicarbonato de sodio o sal.

Procedimientos

1. Utilizamos como placa metálica la puerta de un gabinete de computadora, y al momento de ser cortada con una cortadora de acero, tener el debido cuidado para que ésta sea lo más cuadrada posible.

2. Como transmisor de vibraciones, utilizamos un envase de plástico reciclable. Le abrimos un orificio, y conectamos en él un tornillo amarrado con su tuerca y arandela.

3. Una vez puesto el tornillo al envase de plástico, con goma fría pegamos dicho envase a la bocina, teniendo el cuidado que ésta tuviera totalmente recto para evitar perturbaciones y anomalías. Ésta vez lo pegamos a la misma bocina con el objetivo de poder transmitir mayormente las vibraciones con mucha más intensidad.

Nota: La nueva bocina tiene una potencia real de 300-400w rms. Bocina utilizada en equipos de sonido vehicular.

4. Sobre el tornillo colocamos la nueva recortada placa metálica, colocándole para fijarla una arandela y una tuerca, cuidando su simetría.

5. Procedemos a conectarla a otro amplificador de potencia necesaria para la nueva bocina (amplificador de estudio de 700w rms).

6. Y utilizando el celular como generador de frecuencias.

 Resultados

Conclusiones 

Encontramos experimental y teóricamente que las placas o membranas delgadas resuenan en ciertos "modos". Esto significa que debido a las condiciones iniciales impuestas sobre la placa (es decir, los bordes fijos) la placa puede vibrar solo a ciertas frecuencias permitidas y demostrará patrones de "nodo" predecibles. Los nodos son puntos en la placa que vibran con amplitud cero, mientras que otros puntos circundantes tienen una amplitud distinta de cero. Este concepto se puede ver con una cuerda vibrante: ate un extremo de una cuerda a un objeto fijo y suavemente haga vibrar el otro extremo de la cuerda. Si vibra lo suficientemente rápido, habrá un punto o puntos en el centro que parecen estar quietos mientras el resto de la cuerda vibra salvajemente. Estos puntos son los nodos. En una placa vibratoria de dos tiempos, los nodos no son puntos, sino curvas. Con la placa circular, lo más común es que observemos nodos circulares concéntricos y modos diametrales, mientras que, con la placa rectangular, comúnmente observamos nodos paralelos a los límites. 

Infografía 

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/21/Superposici%F3n%20e%20Interferencia.html

https://www.youtube.com/watch?v=7kXIokZOhP4

https://marcianosmx.com/increible-experimento-con-resonancia/

https://prezi.com/hr5pgmqhwg-s/experimento-de-resonancia/

http://experimentoondas.blogspot.com/2011/12/experimento-resonancia-y-ondas.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Resonancia

https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_natural

http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/sap.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Onda

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/descripcion/descripcion.html