¡Suena sin ser tocado!? Lo que un diapasón nos enseña sobre la resonancia y por qué tiemblan los edificios
Soy Ken Kuwako, entrenador de ciencias. Cada día es un experimento.
Aquí tenemos dos diapasones colocados uno frente al otro. Golpeamos solo uno de ellos y, acto seguido, lo sujetamos con la mano para detener el sonido.
Debería reinar el silencio, pero por alguna razón el sonido sigue escuchándose. Detrás de este curioso fenómeno se esconde el mismo principio que hace oscilar los rascacielos durante un terremoto. Echa un vistazo al siguiente vídeo.
El misterioso “eco” de un diapasón
Preparamos dos diapasones que producen exactamente la misma frecuencia. Golpeamos uno para hacerlo sonar y luego lo detenemos con la mano. Sorprendentemente, el otro diapasón, que nadie ha tocado, comienza a vibrar y a emitir sonido por sí solo.
Sin embargo, si colocamos un pequeño peso en el segundo diapasón para modificar ligeramente su frecuencia natural, el fenómeno desaparece por completo. Aunque repitamos el experimento, no ocurre nada. Es como si intentáramos hablar con alguien que no puede escucharnos.
¿Qué es la frecuencia natural?
La clave para entender este fenómeno está en el concepto de frecuencia natural. Todos los objetos tienen una frecuencia a la que les resulta especialmente fácil vibrar.
Piensa en un columpio. Si lo empujas justo en el momento adecuado, incluso una fuerza pequeña hará que se balancee cada vez más. Pero si el empuje está fuera de ritmo, por mucha fuerza que apliques, el movimiento apenas aumentará.
La frecuencia a la que el columpio se mueve con mayor facilidad es su frecuencia natural. Lo mismo ocurre con los diapasones. Cuando uno de ellos vibra, hace vibrar el aire y genera ondas sonoras. Si la frecuencia de esas ondas coincide exactamente con la frecuencia natural del otro diapasón, la energía se transmite de manera muy eficiente y este empieza a vibrar sin necesidad de ser golpeado.
Este fenómeno se conoce como resonancia.
La resonancia está presente en todas partes
La resonancia no es algo exclusivo de los laboratorios. Por ejemplo, cuando cantas en el baño o en una ducha, tu voz suele sonar más potente. Esto ocurre porque el espacio tiene determinadas frecuencias que amplifican el sonido. Si tu voz coincide con alguna de ellas, las ondas se refuerzan entre sí y el volumen aumenta.
Los instrumentos musicales también aprovechan la resonancia. Cuando vibran las cuerdas de una guitarra, la caja de madera vibra junto con ellas y amplifica el sonido. Sin esa resonancia, una simple cuerda no podría producir el tono rico y cálido que asociamos con el instrumento.
Incluso la sintonización de radios y televisores se basa en el mismo principio. Los circuitos de la antena se ajustan a una frecuencia concreta para recibir con eficiencia solo las señales deseadas. La resonancia es una pieza fundamental de las tecnologías modernas de comunicación.
La resonancia invisible que hizo temblar los edificios
Ahora ampliemos la escala del fenómeno.
Durante el Gran Terremoto del Este de Japón de 2011, se observó que numerosos edificios de gran altura en Shinjuku, Tokio, a unos 350 kilómetros del epicentro, continuaron balanceándose lentamente durante mucho tiempo. Era un movimiento muy diferente a las violentas sacudidas registradas cerca de la zona del terremoto.
La causa fue precisamente la resonancia. Entre las ondas sísmicas que recorrieron largas distancias había unas vibraciones lentas conocidas como movimientos sísmicos de largo período. Su ritmo coincidió con la frecuencia natural de los rascacielos.
En general, cuanto más alto es un edificio, menor es su frecuencia natural y más lentamente oscila. Los rascacielos pueden tener períodos de varios segundos e incluso más de diez segundos, por lo que son especialmente susceptibles a resonar con este tipo de ondas sísmicas.
Resulta fascinante pensar que el mismo principio físico que hace vibrar un pequeño diapasón también puede hacer oscilar un edificio de más de 200 metros de altura.
Ajustar o desajustar: la ingeniosa respuesta humana
La resonancia puede ser una poderosa aliada cuando se utiliza correctamente, pero también puede convertirse en una amenaza si no se controla.
Por eso, muchos edificios modernos incorporan sistemas diseñados para reducir sus efectos. Uno de los más conocidos es el amortiguador de masa, un enorme peso instalado dentro de la estructura que se mueve en dirección opuesta al balanceo del edificio, absorbiendo parte de la energía de la vibración.
Muchos rascacielos de Tokio emplean esta tecnología. En esencia, la idea es muy parecida a la de colocar un pequeño peso en el diapasón para modificar su frecuencia natural y evitar la resonancia.
Frente a las fuerzas de la naturaleza, los seres humanos hemos aprendido dos estrategias: aprovechar la resonancia cuando nos beneficia y evitarla cuando puede resultar peligrosa. Un sencillo experimento con diapasones nos conecta directamente con la arquitectura, las telecomunicaciones, la música e incluso la ingeniería antisísmica.
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