OSCILACIONES FORZADAS. RESONANCIA

 
     
 

 

Como en la vida real no es posible eliminar completamente el rozamiento, las oscilaciones ordinarias son amortiguadas y su amplitud decrece con el tiempo. Si queremos tener una oscilación real que sea armónica y no amortiguada (por ejemplo, en un reloj de péndulo o en un muelle) necesitamos aplicar continuamente al sistema una fuerza exterior oscilante.
 
     
 

Así, llamamos oscilaciones forzadas a las resultan de aplicar una fuerza externa periódica y de magnitud constante (fuerza motriz) sobre un oscilador real. Ahora bien, es importante observar que la fuerza motriz que podemos aplicar externamente a un oscilador tiene una determinada frecuencia y que, en general, el valor de dicha frecuencia no coincidirá con la tendría ese mismo oscilador si oscilara libremente y a la que llamamos su frecuencia natural. Como es lógico mientras esto ocurre, la oscilación externa que aplicamos al sistema, no se acopla perfectamente con él y la oscilación resultante que obtenemos no es lo intensa que podríamos esperar. Entonces, si, partiendo de esta situación, vamos modificando el valor de fuerza motriz aplicada de forma que su frecuencia se vaya aproximando cada vez más a la frecuencia natural, comprobaremos que se va obteniendo una oscilación cada vez más intensa, hasta llegar a un máximo conseguido exactamente cuando la frecuencia de la fuerza motriz aplicada es idéntica a la frecuencia natural del sistema. En este punto decimos que se produce resonancia.

 
     
 

 

 

Para reforzar estos conceptos, hemos elaborado la animación Modellus adjunta, que simula oscilaciones forzadas en un muelle elástico.

La frecuencia natural de un muelle depende, lógicamente, de los parámetros que determinan sus oscilaciones, es decir, de su masa y de su constante elástica. En la pantalla se dispone de sendos controladores manuales (de color azul oscuro) con los que podemos modificar estos dos parámetros y la animación calcula el valor que corresponde a la frecuencia natural del muelle.

A partir de aquí, se dispone también en la pantalla de otros dos controladores (de color rojo) con los que podemos modificar la amplitud y la frecuencia de la fuerza motriz que queremos aplicar externamente al muelle. Esto nos permite comprobar muy claramente como se exacerban las oscilaciones al ir aproximando el valor de la frecuencia de la fuerza motriz a la frecuencia natural.

Clic aquí para descargar esta animación [Si no lo tienes instala Modellus 2.5 (32 bits) o Modellus 3 (64 bits)]