Todo mundo conhece o velho tropo onde um cantor de ópera poderoso toca a nota certa e um copo de cristal quebra com o barulho, mas é realmente possível? A situação pode parecer absurda, como algo que você provavelmente veria em filmes ou desenhos animados mais do que na vida real.

De fato, o fenômeno da ressonância - significa que é tecnicamente possível na vida real, se a frequência ressonante (aquela que corresponde à frequência natural do vidro) é produzida pela voz de alguém ou por um ou muitos instrumentos musicais.

Aprender mais sobre ressonância fornece uma compreensão de como o som funciona, os princípios subjacentes a muitos instrumentos musicais e como aumentar ou diminuir o movimento em um sistema mecânico como um balanço ou uma ponte de corda.
Definição de ressonância

A palavra ressonância
originalmente vem do latim resonantia
, que significa "eco", e está intimamente relacionado ao ressonar, que significa retornar um eco ou "som novamente". Essas duas definições já se referem a ondas sonoras e fornecem você também tem uma imagem básica do significado da palavra em física.

, mais especificamente, a definição de ressonância na física é quando a frequência de uma oscilação ou vibração externa corresponde a um objeto (ou cavidade) frequência natural
e, como resultado, faz com que vibre ou aumente sua amplitude de vibração. oscilação.

Nos sistemas mecânicos, ressonância refere-se à amplificação, reforço ou prolongamento do som ou de outras vibrações. Assim como na definição acima, isso requer que uma força periódica externa seja aplicada a uma frequência igual à frequência natural de movimento do objeto, que às vezes é chamada de frequência ressonante.

Todos os objetos têm uma frequência natural ou frequência ressonante, que você pode considerar como a frequência em que o objeto "gosta" de vibrar. Por exemplo, se você tocar em um copo de cristal com uma unha, ele começará a vibrar com sua frequência ressonante e produzirá um "ting" com o tom correspondente. A frequência da vibração depende das propriedades físicas do objeto, e você pode prever isso muito bem para algumas coisas, como uma corda esticada.
Exemplos de ressonância - Ressonância sonora

Aprender sobre alguns exemplos de ressonância ajudá-lo a entender as várias formas de ressonância que você encontra no seu dia-a-dia. O exemplo mais comum e mais simples são as ondas sonoras, porque quando você vibra suas cordas vocais na frequência certa (para a cavidade da garganta e da boca), pode produzir tons de voz e tons musicais que outras pessoas podem ouvir.

A vibração das cordas vocais produz as ondas sonoras, que são realmente ondas de pressão no ar compostas por seções comprimidas alternadas (com densidade maior que a média) e rarefações (com densidade menor que a média).

A maioria dos instrumentos musicais funciona da mesma maneira. Por exemplo, em um instrumento de metal, a vibração dos lábios do jogador contra o bocal cria a vibração inicial e, quando corresponde à frequência ressonante (ou múltipla) do tamanho do tubo em que ele sopra, existe ressonância, e a amplitude da oscilação aumenta notavelmente e produz um tom audível.

Nos instrumentos de sopro, existe uma "palheta" que vibra à medida que o ar passa por ela e, novamente, o mesmo processo de ressonância e amplificação essa pequena vibração em um tom musical audível. Instrumentos de corda como um violão são um pouco diferentes, mas as cordas têm uma frequência de vibração ressonante e as ondas sonoras produzidas ressoam na cavidade (por exemplo, no espaço no corpo de um violão) para aumentar o ruído. br>

Um exemplo mais simples é quando você deixa cair uma ferramenta ou um prato no chão. O clang produzido é causado pela ferramenta ou placa vibrando na sua frequência ressonante. Essa maneira mais simples de gerar som é usada por diapasões cuidadosamente projetados, projetados para produzir um tom específico como sua frequência natural, na qual os músicos podem sintonizar seus instrumentos.
Exemplos de ressonância - Ressonância mecânica
Embora a ressonância seja geralmente usada para se referir às ondas sonoras, a ressonância mecânica é, de certa forma, mais fácil de entender. Um exemplo simples é uma criança aprendendo a bombear pela primeira vez. O movimento oscilatório do balanço tem uma frequência natural e, quando a criança aprende a empurrar (ou seja, aplicar uma força periódica) na frequência natural do balanço, o empurrão se torna muito mais eficaz. Como resultado disso, a amplitude de oscilação do balanço aumenta e a pessoa sentada nele aumenta a cada vez.

Atingir a frequência natural de um objeto nem sempre é uma coisa boa. Por exemplo, soldados marchando através de uma ponte de corda em uníssono podem fazer com que ela vibre fora de controle e possivelmente até desmorone se pisarem na sua frequência natural. Em casos como esse, o general pode pedir a eles para "interromperem o passo" para que não apliquem uma força periódica na frequência natural da ponte.

Projetos de ponte ainda mais estáveis têm frequências ressonantes, mas isso apenas causa um problema em causas raras (como a Ponte Suspensa de Broughton, uma ponte na Inglaterra que desabou em 1831, supostamente devido a soldados marcharem passo a passo pela ponte).
Relógios analógicos também dependem de ressonância mecânica e a frequência natural de um componente para manter o tempo. Por exemplo, os relógios de pêndulo usam a frequência natural do movimento do pêndulo para manter o tempo, e uma roda de balanço trabalha com o mesmo princípio básico. Até os relógios de cristal de quartzo dependem da frequência de ressonância, mas, neste caso, o cristal regula a oscilação de um oscilador eletrônico, resultando em enormes melhorias na precisão em comparação com projetos mais simples.
Outros exemplos de ressonância

Existem muitos outras formas de ressonância também, e todas elas funcionam com o mesmo princípio básico. Dois outros exemplos de ressonância com os quais você está familiarizado têm a ver com oscilações eletromagnéticas, em vez de mecânicas. O primeiro é o seu microondas.

As ondas produzidas pelo microondas produzem calor em sua comida, porque a frequência delas corresponde à frequência de ressonância das moléculas dentro da comida (por exemplo, moléculas de água e gordura), que as fazem oscilar. e, subsequentemente, libera energia na forma de calor.

Outro exemplo é a antena da sua TV ou mesmo uma antena de rádio. Esses dispositivos foram projetados para maximizar a absorção da radiação eletromagnética e, quando você "sintoniza" a antena em uma frequência específica, está ajustando a frequência de ressonância para o dispositivo. Quando a frequência da antena corresponde à frequência do sinal recebido, ela ressoa e sua TV ou rádio "capta" o sinal.
Então, como o cristal se rompe?

Agora que você entende a tecla sobre a definição de ressonância e qual é a frequência da ressonância, você pode entender o exemplo clássico de um cantor que consegue quebrar um copo de cristal cantando no tom certo. O vidro tem uma frequência ressonante e, se o cantor produzir um som com uma frequência correspondente, o vidro começará a vibrar. Isso é chamado de vibração simpática - porque antes que o cantor fizesse barulho, o copo estava completamente imóvel.

No início, pode haver uma pequena vibração no vidro, mas, na verdade, quebrar exige uma nota sustentada e alta na frequência certa. Se o cantor puder fazer isso, a amplitude de oscilação do vidro aumenta e, eventualmente, começa a comprometer a integridade estrutural do vidro. É apenas nesse ponto - quando a nota é mantida por tempo suficiente para que a vibração do copo atinja a amplitude máxima que ele pode suportar - quando o vidro realmente quebra.