Ressonància versus freqüència natural
La ressonància i la freqüència natural són dos temes molt importants tractats sota el tema ones i vibracions. També té un paper fonamental en camps com la teoria de circuits, la gestió de desastres, l'enginyeria i fins i tot les ciències de la vida. Aquest article tractarà de discutir aquests dos fenòmens, la seva importància, les seves similituds i, finalment, les seves diferències.
Freqüència natural
Cada sistema té una propietat anomenada freqüència natural. La freqüència natural d'un sistema és molt important; és la freqüència que seguirà el sistema, si el sistema disposa d'una petita oscil·lació. Esdeveniments com els terratrèmols i els vents poden destruir objectes amb la mateixa freqüència natural que el propi esdeveniment. És molt important entendre i mesurar la freqüència natural d'un sistema per tal de protegir-lo d'aquests desastres naturals. La freqüència natural està directament relacionada amb la ressonància. S'explicarà més endavant. Sistemes com edificis, circuits electrònics i elèctrics, sistemes òptics, sistemes de so i fins i tot sistemes biològics tenen freqüències naturals. Poden tenir forma d'impedància, oscil·lació o superposició segons el sistema.
Ressonància
Quan un sistema (per exemple: un pèndol) rep una petita oscil·lació, començarà a oscil·lar. La freqüència amb què oscil·la és la freqüència natural del sistema. Ara imagineu una força externa periòdica aplicada al sistema. La freqüència d'aquesta força externa no necessàriament és similar a la freqüència natural del sistema. Aquesta força intentarà fer oscil·lar el sistema a la freqüència de la força. Això crea un patró desigual. Una part de l'energia de la força externa és absorbida pel sistema. Considerem ara el cas en què les freqüències són les mateixes. En aquest cas, el pèndol oscil·larà lliurement amb la màxima energia absorbida de la força externa. Això s'anomena ressonància. En aquest cas, encara que el pèndol i la força no estiguessin en la mateixa fase, el pèndol acabaria adaptant-se a la fase de la força. Aquesta és una oscil·lació forçada. Com que el pèndol absorbeix la major quantitat d'energia a la ressonància, l'amplitud del pèndol és màxima a la ressonància. Aquest és el perill que comporten els terratrèmols i les tempestes. Suposem que la freqüència natural d'un edifici és la mateixa que la del terratrèmol, l'edifici oscil·larà amb l'amplitud més alta que finalment es col·lapsarà. També hi ha un estat de ressonància als circuits LCR. La impedància de qualsevol combinació LCR depèn de la freqüència del corrent alternatiu. La ressonància té lloc a la impedància mínima. La freqüència corresponent a la freqüència mínima és la freqüència de ressonància. A la impedància més alta, es diu que el sistema és anti-ressonant. Aquesta ressonància i anti-ressonància s'utilitzen àmpliament en circuits de sintonització i circuits de filtre respectivament.
Quina diferència hi ha entre la ressonància i la freqüència natural?
• La freqüència natural és una propietat d'un sistema.
• La ressonància és un esdeveniment que es produeix quan un sistema rep la força periòdica externa que té la freqüència natural.
• La freqüència natural es pot calcular per a un sistema.
• L'amplitud de la força subministrada determina l'amplitud de la ressonància.
