Figuras de Chladni
Hacia
1787, el alemán Chladni, considerado uno de los pioneros de la física
acústica, estudia por primera vez estas líneas nodales.
Con
estudios de Derecho, músico aficionado y un entusiasta de la ciencia,
Chladni encuentra la ley que lleva su nombre, una relación sencilla
entre los modos propios de vibración de una placa. Para ello, se valió
de placas sujetas por el centro sobre las que espolvoreaba arena fina.
Al hacerlas vibrar con un arco de violín, los patrones de las líneas
nodales se hacen visibles, pues sobre esas líneas se acumula la arena
rebotada de las otras zonas vibrantes.
De
esta forma, cada frecuencia natural de vibración de la placa
corresponde con un patrón determinado. Chladni trasladó cuidadosamente
al papel cada uno de los patrones que iba encontrando, lo que permitió
popularizarlos, mientras se dedicaba a realizar demostraciones ante el
fascinado público europeo.
Resonancia
La
placa se puede hacer vibrar por excitación directa, frotándola con un
arco o agitándola con algún tipo de sistema mecánico o electromecánico.
Pero también podemos conseguir que vibre por resonancia, mediante un
emisor de sonidos con suficiente intensidad. Esto suele hacerse
colocando un altavoz justo encima o debajo de la placa, como sucede en
la siguiente película, en donde la arena ha sido reemplazada por sal.
Si, en vez de provocar la vibración de una superficie sólida, usamos una fina película líquida colocada sobre una membrana tirante y la exponemos a una intensa iluminación lateral, el resultado puede ser realmente espectacular, como muestran las siguientes fotografías de Alexander Lauterwasser (cuyo apellido resulta ser de lo más apropiado).Vibraciones líquidas
Explicación
El experimento de las placas de Chladni, es una experiencia que permite
visualizar ondas sonoras sobre un material. Las ondas sonoras son
vibraciones que se pueden transmitir por los materiales. La idea es
producir ondas sonoras en la placa metálica. La rigidez de la placa con
una fijación, ya sea en los extremos o en el centro, provoca que la onda
quede confinada en la placa formando ondas estacionarias sobre ella.
Las ondas estacionarias son interferencias entre ondas incidentes y
reflejadas que se producen en la placa. En el experimento original
(realizado por el físico alemán Chladni, Ernst Florens Friedrich
(1756-1827)) se fijaban las placas mediante un eje central para producir
el efecto estacionario y se producía la vibración con un arco de
violín. Las ondas estacionarias tienen la particularidad de presentar
zonas de vibración nula (nodos) y zonas de amplitud máxima de vibración
(vientres). Cuando la placa vibra, el polvo fino tiende a desplazarse
por efecto gravitatorio desde las zonas de máxima vibración, a las zonas
de vibración nula, pudiéndose visualizar los nodos en ella. Las
diferentes frecuencias sonoras inducen diferentes modos de vibración,
por lo que los dibujos sobre la placa van cambiando conforme se modifica
la frecuencia del sonido.
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