Qualquer sistema possui ao menos uma freqüência natural de oscilação ou vibração.Todos os corpos podem vibrar ou oscilar mas não de qualquer jeito, existem certas frequências possíveis, chamadas então de “frequências próprias” . No caso de um balanço infantil, só há uma frequência própria de oscilação, valor que depende do comprimento. Assim para a criança conseguir transferir energia para ela (e com isso ganhar altura) é preciso que ela balance o corpo na mesma frequência. E quando isso ocorre dizemos que o balanço entrou em ressonância.
Quando ocorrem excitações periódicas sobre o sistema, como quando o vento sopra com freqüência constante sobre uma ponte durante uma tempestade, acontece um fenômeno de superposição de ondas que alteram a energia do sistema, modificando sua amplitude.Se a freqüência natural de oscilação do sistema e as excitações constantes sobre ele estiverem sob a mesma frequência, a energia do sistema será aumentada, fazendo com que vibre com amplitudes cada vez maiores.
Um caso muito famoso deste fenômeno foi o rompimento da ponte Tacoma Narrows, nos Estados Unidos, em 7 de novembro de 1940. Em um determinado momento o vento começou soprar com freqüência igual à natural de oscilação da ponte, fazendo com que esta começasse a aumentar a amplitude de suas vibrações até que sua estrutura não pudesse mais suportar, fazendo com que sua estrutura rompesse.
O caso da ponte Tacoma Narrows pode ser considerado uma falha humana, já que o vento que soprava no dia 7 de Novembro de 1940 tinha uma frequência característica da região onde a ponte foi construída, logo os engenheiros responsáveis por sua construção falharam na análise das características naturais da região. Por isto, atualmente é feita uma análise profunda de todas as possíveis características que possam requerer uma alteração em uma construção civil.
Imagine que esta é uma ponte construída no estilo pênsil, e que sua frequência de oscilação natural é dada por:
Ao ser excitada periodicamente, por um vento de freqüência:
A amplitude de oscilação da ponte passará a ser dada pela superposição das duas ondas:
Se a ponte não tiver uma resistência que suporte a amplitude do movimento, esta sofrerá danos podendo até ser destruída como a ponte Tacoma Narrows.
Ponte de Tacoma vibrando no modo longitudinal.
Ponte de Tacoma vibrando no modo torsional.
Vídeo demonstrando o fenômeno da ressonância na ponte de Tacoma:
Ponte de Tacoma vibrando no modo longitudinal.
Ponte de Tacoma vibrando no modo torsional.
A ressonância também está presente nos instrumentos musicais. Por exemplo, as
cordas de um violão vibram com frequências bem determinadas, e a frequência
determina a nota musical emitida. Altera-se a nota musical variando o
comprimento da corda,apertando os trastes.Além disso existe a caixa de
ressonância do violão – o corpo do violão vibra em ressonância com a onda sonora
produzindo um reforço, aumentando a intensidade do som.
Uma corda de violão bem esticada é colocada entre dois pontos fixos. Você dedilha essa corda e ela vibra, emitindo um som. É claro que as extremidades da corda, que estão presas, não vibram. Outros pontos da corda vibram com maior ou menor deslocamento. Vamos dar nomes aos bois: pontos da corda que não vibram serão chamados de NÓS da corda vibrante. Pontos que vibram com deslocamento máximo serão chamados de ANTINÓS da corda vibrante. As extremidades presas, é claro, sempre são NÓS, mas podem haver outros NÓS na corda.
| A animação ao lado mostra uma possível forma de vibração da corda, com os dois nós das pontas e um antinó no meio da corda. Nessa animação, o deslocamento está super-exagerado para facilitar a visualização. Na corda de violão esse deslocamento não passa de um milímetro. Acontece que esse é o jeitão preferido de uma corda de violão vibrar, com um nó em cada ponta e um antinó no meio. Esse modo de vibrar é chamado de MODO FUNDAMENTAL da corda vibrante. |
 Modo fundamental de uma
corda vibrante. N = nó. A = antinó. |
| Certo, mas a corda também pode vibrar de outros jeitos, desde que as pontas sejam nós. Na animação ao lado, além dos dois nós das pontas surge mais um nó no meio da corda. Esse é outro modo de vibração possível da corda, chamado de PRIMEIRO HARMÔNICO. Você então pergunta: o nó interno pode ficar noutra posição, por exemplo, a um terço de distância de uma das pontas? Não pode: essa forma de vibrar simplesmente não acontece. A simetria geométrica tem de ser mantida. |
 Primeiro harmônico da corda
vibrante. N = nó. A = antinó. |
| A animação ao lado mostra ainda outro modo de vibraçào possível da corda. Nesse modo, chamado de SEGUNDO HARMÔNICO, aparecem dois nós internos, além dos nós das pontas. Agora você já pode imaginar outros modos harmônicos, com maior número de nós internos. |  |
 O número de vezes que a corda vibra por segundo
chama-se FREQÜÊNCIA da vibração.
Ela é medida em Hertz, sendo 1 Hertz igual a
uma vibração por segundo. Quanto maior
afreqüência de um som, mais agudo
ele será. A freqüência natural de vibração de uma
corda depende do material da
corda, de sua espessura e da TENSÃO com que ela está
esticada. Os harmônicos têm
freqüência que são Multiplos (2 vezes, 3 vezes, etc) da
freqüência do modo
fundamental. Quanto mais tensa a corda,maior a freqüência da
vibração.No violão, se você dedilhar a quinta corda solta, isto é, sem apertá-la em nenhum ponto, ela vibra com uma freqüência de 440 Hertz, se estiver bem afinada, emitindo o som da nota LA. O músico começa a afinar um violão aumentando ou diminuindo a tensão da corda,usando a tarraxa. As outras cordas são afinadas por comparação com a quinta. Um músico de ouvido absoluto afina o violão sem precisar de nenhuma ajuda .Mas podemos usar também outros meios de afinar os instrumentos musicais como o DIAPASÃO ou, mais modernamente, um instrumento eletrônico.  |
Se você quiser ouvir o som dessa nota LA,
com freqüência de 440 Hertz, dê um clique no link ao lado.
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SOM DO LA 440 |
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