Tutti conoscono il vecchio trope in cui un cantante d'opera della centrale elettrica colpisce la nota giusta e un cristallo si frantuma dal rumore, ma è davvero possibile? La situazione potrebbe sembrare inverosimile, come qualcosa che avresti molto più probabilità di vedere nei film o nei cartoni animati che nella vita reale.

In effetti, il fenomeno della risonanza
significa che è tecnicamente possibile nella vita reale, se la frequenza di risonanza (quella che corrisponde alla frequenza naturale del vetro) è prodotta dalla voce di qualcuno o da uno o molti strumenti musicali.

Imparare di più sulla risonanza ti dà una comprensione di come funziona il suono, i principi alla base di molti strumenti musicali e come aumentare o diminuire il movimento in un sistema meccanico come un'altalena o un ponte di corda.
Definizione di risonanza

La parola risonanza
originariamente deriva dal latino resonantia
, che significa "eco", ed è strettamente correlato al suono, il che significa restituire un'eco o "suono di nuovo". Queste due definizioni si riferiscono già alle onde sonore e danno anche tu un'immagine di base del significato della parola in fisica.

Tuttavia , più specificamente, la definizione di risonanza in fisica è quando la frequenza di un'oscillazione esterna o vibrazione corrisponde a un oggetto (o cavità) frequenza naturale
e, di conseguenza, o fa vibrare o aumenta la sua ampiezza di oscillazione.

Nei sistemi meccanici, la risonanza si riferisce all'amplificazione, al rinforzo o al prolungamento del suono o di altre vibrazioni. Proprio come nella definizione sopra, ciò richiede l'applicazione di una forza periodica esterna ad una frequenza uguale alla frequenza naturale di movimento per l'oggetto, che a volte viene chiamata frequenza di risonanza.

Tutti gli oggetti hanno una frequenza naturale o frequenza di risonanza, che puoi considerare come la frequenza alla quale "piace" a cui vibrare. Ad esempio, se si tocca un bicchiere di cristallo con un'unghia, inizierà a vibrare alla sua frequenza di risonanza e produrrà una "sfumatura" con un tono corrispondente. La frequenza della vibrazione dipende dalle proprietà fisiche dell'oggetto, e puoi predire abbastanza bene alcune cose come una corda tesa.
Esempi di risonanza - Risonanza del suono

Imparare alcuni esempi di risonanza aiutarti a capire le varie forme di risonanza che incontri nella tua vita quotidiana. L'esempio più comune e più semplice sono le onde sonore, perché quando vibrate le corde vocali alla giusta frequenza (per la cavità della gola e della bocca), potete produrre toni di discorso e toni musicali che altre persone possono sentire.

La vibrazione delle corde vocali produce le onde sonore, che sono in realtà onde di pressione nell'aria composte da sezioni compresse alternate (con una densità maggiore della media) e rarefazioni (con una densità inferiore alla media).

La maggior parte degli strumenti musicali funziona allo stesso modo. Ad esempio, in uno strumento in ottone, la vibrazione delle labbra del giocatore contro il bocchino crea la vibrazione iniziale e quando questo corrisponde alla frequenza di risonanza (o ad un suo multiplo) per la dimensione del tubo in cui soffia, c'è risonanza e l'ampiezza dell'oscillazione aumenta notevolmente e produce un tono udibile.

Negli strumenti a fiato c'è una "canna" che vibra quando l'aria viene passata su di essa, e di nuovo lo stesso processo di risonanza e giri di amplificazione questa piccola vibrazione in un tono musicale udibile. Gli strumenti a corda come una chitarra sono un po 'diversi, ma le corde hanno una frequenza di vibrazione risonante e le onde sonore prodotte risuonano nella cavità (ad esempio, nello spazio nel corpo di una chitarra acustica) per rendere più forte il rumore.

Un esempio più semplice è quando lasci cadere uno strumento o una piastra sul terreno. Il rumore prodotto è causato dallo strumento o dalla piastra che vibrano alla sua frequenza di risonanza. Questo modo più semplice di generare suono viene utilizzato da diapason accuratamente progettati, progettati in modo da produrre un tono specifico come la loro frequenza naturale, a cui i musicisti possono quindi accordare i loro strumenti.
Esempi di risonanza - Risonanza meccanica

Sebbene la risonanza sia di solito usata per riferirsi a onde sonore, la risonanza meccanica è in qualche modo più facile da capire. Un semplice esempio è un bambino che impara a pompare un'altalena per la prima volta. Il movimento oscillatorio dell'oscillazione ha una frequenza naturale e quando il bambino impara a spingere (cioè applicare una forza periodica) alla frequenza naturale dell'oscillazione, la loro spinta diventa molto più efficace. Di conseguenza, l'ampiezza dell'oscillazione dell'oscillazione aumenta e la persona seduta su di essa aumenta ogni volta.

Colpire la frequenza naturale di un oggetto non è sempre una buona cosa, però. Ad esempio, i soldati che marciano attraverso un ponte di corda all'unisono potrebbero farli vibrare senza controllo e possibilmente anche crollare se calpestano la sua frequenza naturale. In casi come questo, il generale potrebbe chiedere loro di "rompere il passo" in modo da non applicare una forza periodica alla frequenza naturale del ponte.

Anche i progetti di ponti ancora più stabili hanno frequenze di risonanza, ma solo questo causa un problema per cause rare (come nel caso del ponte sospeso di Broughton, un ponte in Inghilterra che è crollato nel 1831, presumibilmente a causa dei soldati che marciavano attraverso il ponte).

Gli orologi analogici dipendono anche dalla risonanza meccanica e la frequenza naturale di un componente per mantenere il tempo. Ad esempio, gli orologi a pendolo utilizzano la frequenza naturale dell'oscillazione del pendolo per mantenere il tempo e una ruota di equilibrio lavora sullo stesso principio di base. Anche gli orologi a cristallo di quarzo dipendono dalla frequenza di risonanza, ma in questo caso il cristallo regola l'oscillazione da un oscillatore elettronico, con conseguenti enormi miglioramenti nella precisione rispetto ai design più semplici.
Altri esempi di risonanza

Ci sono molti anche altre forme di risonanza e tutte funzionano secondo lo stesso principio di base. Altri due esempi di risonanza con cui hai familiarità riguardano le oscillazioni elettromagnetiche piuttosto che quelle meccaniche. Il primo è il tuo forno a microonde.

Le onde prodotte dal forno a microonde producono calore nei tuoi alimenti perché la loro frequenza corrisponde alla frequenza di risonanza delle molecole all'interno del cibo (ad esempio, molecole di acqua e grasso), che le fa oscillare e successivamente rilasciare energia sotto forma di calore.

Un altro esempio è l'antenna per la TV o anche un'antenna radio. Questi dispositivi sono progettati per massimizzare l'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche e quando "sintonizzi" l'antenna su una frequenza specifica, stai regolando la frequenza di risonanza per il dispositivo. Quando la frequenza dell'antenna corrisponde alla frequenza del segnale in ingresso, risuona e la tua TV o radio "raccoglie" il segnale.
Allora, come si rompe il cristallo?

Ora che hai capito la chiave punti sulla definizione di risonanza e su cosa sia una frequenza di risonanza, puoi capire il classico esempio di un cantante che riesce a rompere un cristallo cantando al tono giusto. Il vetro ha una frequenza di risonanza e se il cantante produce un suono con una frequenza corrispondente, il vetro inizierà a vibrare. Questa è chiamata vibrazione simpatica
perché prima che il cantante emettesse un rumore, il vetro era completamente immobile.

All'inizio, potrebbe esserci una piccola vibrazione nel vetro, ma in realtà lo fa frantumazione richiede una nota sostenuta e forte alla giusta frequenza. Se il cantante può farlo, l'ampiezza dell'oscillazione del vetro aumenta e alla fine inizia a compromettere l'integrità strutturale del vetro. È solo a questo punto - quando la nota è stata sostenuta abbastanza a lungo da consentire alla vibrazione del vetro di raggiungere l'ampiezza massima che può supportare - quando il vetro si romperà effettivamente.