Ressonância – Da queda da ponte Tacoma Narrows a figuras malucas em uma chapa ressonante

A ressonância pode ser explicada da seguinte forma:

Os corpos só aceitam acréscimos periódicos de energia se esses acréscimos chegarem com a freqüência certa, freqüência essa denominada freqüência natural do corpo. Uma onda transporta energia de forma periódica.  Se a freqüência de uma onda coincidir com a freqüência natural do corpo em questão, ele irá “aceitar” cada novo acréscimo de energia transportada pela onda passando assim a oscilar com amplitudes cada vez maiores. Isso pode trazer conseqüências desastrosas, principalmente para a construção civil. Outros objetos, como taças de cristal, podem se romper ao entrar em ressonância com uma fonte sonora de baixa energia.

Se o volume de sua caixa de som estiver muito alto, abaixe o volume antes de assistir ao vídeo.

Uma das mais famosas tragédias da construção civil universal foi a queda da ponte Tacoma Narrows. Uma ponte de 1600 metros que entra em ressonância de torção graças a rajadas de vento de aproximadamente 70 km/h. Obs: Ressonância é a tendência de um sistema mecânico de absorver mais energia quando a frequência de suas oscilações se iguala a frequência de vibração natural do sistema – também conhecida por frequência ressonante – e provocada por um agente externo, no caso o vento.

 Repare que aos 2:05 do filme alguém se aproxima do lado direito e se joga da ponte aos 2:17, aproximadamente.

Os engenheiros calculam as estruturas de construções como ginásios de esportes, estádios de futebol e pavilhões de eventos de modo a evitar que a estrutura entre em ressonância e venha a ruir. Se você estiver em uma arquibancada e a galera vibrar de forma ritmada, fique atento. Se a estrutura começar a balançar de forma anormal ou com amplitudes cada vez maiores…. saia correndo e leve quem você puder com você. Pode dizer que fui eu que mandei.

Mas nem só de tragédias vive a ressonância. As transmissões de rádio e TV são possíveis graças a ela. Os elétrons livres da antena entram em ressonância com a fonte emissora permitindo assim o recebimento das informações de imagem e som. Nos fornos de microondas as moléculas de água dos alimentos entram em ressonância com as microondas, “aceitando” assim a energia delas. As moléculas se agitam com energia cada vez maior elevando sua temperatura.

Uma chapa metálica também pode aceitar várias formas de vibração ressonante com várias freqüências diferentes, o modo de vibração pode ser visualizado se colocarmos sobre a chapa algum pó que irá se acumular nos locais onde a vibração for menos intensa ou nula.

No vídeo abaixo uma chapa entra em ressonância com sons cada vez mais agudos até os limites de nossa audição e forma figuras impressionantes.

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Espero que gostem desse fenômeno ondulatório que é um dos mais interessantes! Se for possível deixem um comentário. Abraços e até a próxima.

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Os olhos não vêem, mas a pele detecta

Foi justamente a emissão de calor que permitiu, há dois séculos, a descoberta da radiação no infravermelho pelo alemão Friedrich W Herchel (1738-1822), também conhecido como Sir Willian Herchel. Quando estudava as cores do espectro solar transmitidas por filtros que permitiam a passagem apenas de uma cor, Herchel notou que cada um dos filtros deixava passar uma quantidade especifica de calor. Realizou então um experimento simples para medir a “temperatura” das diferentes cores do espectro, verificando que ela diminuía do vermelho para o violeta. Diante disso, decidiu verificar a temperatura da região do espectro imediatamente antes do vermelho e notou, surpreso que ela era maior que a registrada nessa cor.

O cientista deduziu que esse fenômeno devia estar associado a uma forma de radiação invisível, que transmitia calor, e deu a ela o nome de raios caloríficos. Para investigar a natureza dessa nova forma de radiação, fez experiências envolvendo fenômenos da luz visível, como reflexão, refração e transmissão, e verificou que os raios caloríficos tinham, como a luz, natureza ondulatória. Demonstrou assim a existência de uma nova forma de luz, não visível, chamada então de infravermelho. Só meio século depois James Clerk Maxwell (1831-1879) constataria que a luz visível e essa radiação eram apenas uma pequena parte do espectro da radiação eletromagnética.

Radiação invisível

Quando um raio de luz solar incide em um prisma de vidro, forma-se do outro lado uma figura semelhante a um arco-íris, o chamado espectro. Deve-se tal efeito a uma propriedade especial do vidro, que faz com que componentes de menor freqüência da luz visível (como a cor vermelha) sejam menos desviadas que as de maior freqüência (como a cor violeta). De modo geral, o espectro de determinado tipo de radiação corresponde à separação dos diferentes componentes (de freqüência ou de comprimento de onda) dessa radiação. A luz visível é uma “janela” ínfima do espectro da radiação eletromagnética, composta também por ondas de rádio, microondas, infravermelho, ultravioletas, raios X raios gama,….

As ondas longas de rádio têm baixíssimas freqüências, de 3 000 Hz e enormes comprimentos de onda, de 105 m. No outro extremo do espectro, os raios gama têm enormes freqüências, da ordem de 1021 Hz, e comprimentos de onda muito pequenos, da ordem de 10-13 m. Na estreitíssima faixa da luz visível, os comprimentos de onda situam-se entre 4 x 10-7 m (violeta) a 7 x 10-7 m (vermelho). No infravermelho, tais comprimentos variam de valores próximos aos do vermelho (infravermelho próximo) até aproximadamente 1 nm (infravermelho distante).

Nossos olhos não vêem a radiação no infravermelho, mas nossa pele detecta. Sentimos o calor de um objeto quente sem o tocar, e essa sensação vem da radiação infravermelho que ele emite. A emissão de infravermelho por um objeto deve-se ao fato de os átomos e moléculas que o constituem estarem em constante vibração, sendo assim capazes de emitir radiação eletromagnética, como em uma antena. A freqüência típica da vibração para os objetos à temperatura ambiente corresponde à do infravermelho. Mesmo os objetos muito frios emitem infravermelho. Quando o material é aquecido a altas temperaturas, aumenta a energia média de agitação térmica de suas moléculas, em conseqüência, também aumenta a freqüência média da onda irradiada pelo material. Com isso o material passa então a emitir radiação na região do vermelho, tornando-se avermelhado aos nossos olhos (um pedaço de metal incandescente).

Impressão digital

Os átomos e moléculas de um material têm maneiras especiais de vibrar, chamadas de modos normais de vibração. Cada modo normal tem uma freqüência de vibração bem definida. Como já foi dito, à temperatura ambiente, a freqüência dos diferentes modos normais de vibração cai na faixa do infravermelho (médio e distante), o que explica o fato de cada material apresentar um conjunto de freqüências de vibração nessa região. Essas freqüências formam o chamado espectro infravermelho do material, que, como uma impressão digital, lhe confere individualidade. A espectroscopia no infravermelho, técnica experimental muito usada nos laboratórios de pesquisa, é uma importante ferramenta para caracterizar os diferentes tipos de materiais

O infravermelho no dia-a-dia

O desenvolvimento de detectores de radiação no infravermelho foi um desafio que envolveu cientistas, militares e industriais, principalmente na segunda metade do século XX. Essa tecnologia gerou grande numero de aplicações para o infravermelho. É possível, usando câmeras de vídeo sensíveis à essa radiação, fazer imagens unicamente devido às diferenças de temperaturas de um determinado corpo ou objeto. Esse tipo de câmera fornece imagens que nossos olhos não são capazes de enxergar e permite a observação de um corpo mesmo em total escuridão.

As imagens no infravermelho são empregadas na medicina para analisar órgãos e tecidos de forma não invasiva e se tornaram importante ferramenta no diagnóstico precoce de doenças. Imagens desse tipo permitem localizar focos de incêndios em florestas e obter informações meteorológicas essenciais, como temperaturas de nuvens e correntes marítimas. Antigas estradas e trilhas usadas por civilizações antigas já desaparecidas, podem também ser detectadas por essas imagens, o que as torna úteis em estudos arqueológicos. Além disso, telescópios astronômicos que operam no infravermelho têm levado a importantes descobertas sobre o universo.

Usamos no dia-a-dia uma série de aplicações do infravermelho. Controles remotos de aparelhos eletrônicos usam essa radiação. O laser de um leitor de CD’s emite radiação nessa faixa. Os caixas de supermercado usam detectores de infravermelho para lerem os códigos de barras dos produtos, assim como os sistemas de alarme que acusam a presença de um individuo em um determinado local. Binóculos e câmeras de infravermelho podem localizar pessoas em completa escuridão. A mesma tecnologia, porém, tem aplicações menos nobres, na industria bélica, como os detectores que corrigem a rota de um míssil durante a perseguição de objetos que emitem calor.

A reflexão de ondas

A reflexão de ondas é o fenômeno que ocorre quando uma onda atinge um obstáculo e muda a direção de propagação, podendo inclusive retornar ao ponto original.
Seus principais parâmetros como o comprimento de onda, velocidade e freqüência não são alterados pela reflexão.

O sonar

O sonar

 

O sonar (do inglês sound navigation and ranging) é um aparato capaz de emitir ondas ultra-sons a objetos, para captar os seus ecos, permitindo assim, verificar a posição deles, medindo o tempo entre a emissão do som e a recepção do seu eco.
Foi construído pelo físico francês Paul Langevin em 1917, para localizar submarinos alemães.
É a contribuição da guerra na evolução do homem.
Apesar de já estar pronto, não foi usado antes do final da Primeira Guerra Mundial.
O sonar é muito utilizado para orientar a navegação, obter o perfil da placa marítima, revelar a presença de cardumes, etc. Na água, consegue-se uma precisão muito maior do que no ar, uma vez que a velocidade de propagação do som na água é muito maior, podendo chegar a até 1498m/s, enquanto que no ar a velocidade é inferior.

O morcego
Morcego

A maioria dos morcegos possui um sentido adicional, aliado aos cinco a que nós humanos estamos acostumados: a ecolocalização. Este sentido funciona basicamente da seguinte maneira: O morcego emite ondas ultra-sônicas de até 180 Khz, ou seja, com freqüência muito alta, pelas narinas ou pela boca, dependendo da espécie. Essas ondas atingem obstáculos no ambiente e voltam na forma de ecos com freqüência menor. Esses ecos são percebidos pelo morcego. Com base no tempo em que os ecos demoraram a voltar, nas direções de onde vieram e nas direções de onde nenhum eco veio, os morcegos sentem se há obstáculos no caminho, as distâncias, as formas e as velocidades relativas entre eles, no caso de insetos voadores que servem de alimento, por exemplo.

O golfinho

Golfinho

 

O incrível “Water Writer”

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Cientistas japoneses do Laboratório Akishima, pertencente à empresa Mitsui, e da Universidade de Osaka, desenvolveram um equipamento que consegue escrever na água, em alto relevo. Utilizando-se do fenômeno da interferência de ondas, a engenhoca consegue criar interferência construtiva somente em determinados pontos e destrutiva em todo o resto do tanque, conseguindo escrever todas as letras do alfabeto romano e ainda alguns caracteres do alfabeto kanji.
O equipamento foi batizado de AMOEBA – “Advanced Multiple Organized Experimental Basin”, algo como bacia experimental avançada multiplamente organizada.
Mede 1,6 metro de diâmetro por 30 centímetros de profundidade. Ao seu redor, 50 geradores/absorvedores de ondas se encarregam de controlar o espalhamento das ondas em sincronismo perfeito, gerando os pixels da tela aquática. Cada pixel tem 10 centímetros de diâmetro e quatro centímetros de altura. Cada letra dura apenas alguns instantes, mas o aparelho é capaz de gerar uma nova letra a cada três segundos.
Impressiona a capacidade de geração de letras com linhas totalmente retas, já que as ondas se espalham concentricamente na água.
Os pesquisadores anunciaram que vão efetuar melhoramentos no AMOEBA para que ele possa vir a ser utilizado em shows e em parques de diversões.