TEMA INTRO. Oscilaciones forzadas y resonancia

Como vimos al principio del tema, en los sistemas físicos reales las oscilaciones no duran indefinidamente. Nosotros estamos considerando que no existen fuerzas disipativas que actúen sobre nuestros péndulos y resortes, para poder resolver los problemas de forma más sencilla.

Muelle

Cuando existen fuerzas disipativas, los sistemas se acaban parando. Decimos entonces que sus oscilaciones son amortiguadas. En la siguiente imagen tenéis la representación de la elongación de una partícula en función del tiempo, sin rozamiento y con rozamiento:

sin y con amort

Esto es lo que le ocurre a un niño que aún no ha aprendido a columpiarse por si mismo. Cuando dejamos de empujarle, las fuerzas de fricción acaban con su juego. En cambio, si comenzamos a empujarle acompasando nuestro impulso a su movimiento, no nos costará mucho trabajo aumentar la amplitud de su movimiento. En este caso, estamos generando oscilaciones forzadas, que son oscilaciones que se producen bajo la acción de fuerzas periódicas externas (en este caso, la de la persona que empuja el columpio). Así, nuestra fuerza aporta mediante trabajo la energía que se disipa en el columpio.

Si la frecuencia con la que nosotros empujamos (fuerza externa) coincide con la frecuencia natural de oscilación del sistema, la amplitud de la oscilación aumentará drásticamente. Se producirá entonces el fenómeno de resonancia.

En 1940 se inauguró en Tacoma un puente de innovador diseño. Al poco tiempo de ser inaugurado, un día de viento suave, comenzó a sufrir una serie de oscilaciones y torsiones que acabaron por destruirlo. Esto ocurrió porque  la frecuencia del cambio de dirección del viento coincidió con la frecuencia natural de oscilación del puente. Mirad el vídeo original, es impresionante:

En 1850, un batallón de soldados franceses atravesaba un puente en perfecta formación y marcando el paso. De repente, el puente se desplomó bajo sus pies. Resultó que la frecuencia de su paso coincidió con la frecuencia natural de oscilación del puente, otra vez el fenómeno de la resonancia. Hoy en día, los batallones rompen el paso al cruzar un puente.

El último ejemplo que os dejo aquí es el de la bahía de Fundy, en Canadá. En ella se producen espectaculares mareas que nada tienen que ver con que la Luna tenga un especial interés en tirar con más fuerza de sus aguas. La frecuencia de oscilación del agua al entrar y salir de la bahía es de unas 13 horas, que prácticamente coincide con el tiempo entre dos mareas altas sucesivas (12,4 horas). Como la frecuencia de las mareas coincide con la frecuencia de las aguas en la bahía, ¡se han llegado a producir desniveles de 18 metros entre las mareas altas y  bajas!

Aquí os dejo otro vídeo cortito sobre el fenómeno:

Fuente: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Oscilaciones_amortiguadas_(GIE)

Física 2ºBachillerato. Editorial Oxford. Proyecto Tesela

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