Secundaria Dibujos creados por una onda de presión

[Pepealej]

Antes de nada disculpas si he puesto el hilo en una categoría que no le corresponde, pero no sabía donde podría colocarlo.

Hola a todos. Me estuve planteando unas preguntas que me surgieron a partir de los muchos vídeos, que seguro que habeis visto, donde se crean figuras espolvoreando sal, arena, arroz o cualquier otra cosa sobre una superficie plana. Entonces se pega un altavoz a esa superficie por debajo y se hacen sonar distintas frecuencias. Así la granalla que está encima de la superficie crea figuras dependiendo de la frecuencia con la que se emite el sonido. Este vídeo ilustra lo que quiero decir:

El caso es que buscaba una buena explicación de este fenómeno. Lo que supuse inicialmente es que sucede algo parecido a lo que ocurre en el tubo de Ruben (vídeo). Supongo que en la superficie sobre la que se deposita la granalla se crean zonas de más y menos presión (puede que esté diciendo una chorrada, pero por eso estoy pidiendo ayuda) y la granalla se deposite menos o más, respectivamente. Dependiendo de la frecuencia se crearán distintos patrones de presión y así es como se forman las figuras.

El problema es que no entiendo como se pueden formar presiones en una superficie sólida... y posiblemente esto sea erróneo.

A ser posible me gustaría que alguien me echase una mano y me explicase qué es lo que ocurre para que se formen dibujos cuando se plantea una situación como esta.

Otra situación que se me ocurrió, y que es realmente a donde quiero llegar, es ¿qué ocurriría si tengo granalla flotando en el aire dentro de un tubo y emito una frecuencia determinada por ese tubo, creando una onda estacionaria? ¿Aquí sí que ocurriría lo mismo que en el tubo de Ruben no?

Gracias por vuestra ayuda, este tema no me deja dormir

[arivasm]

Re: Dibujos creados por una onda de presión

En los sistemas que planteas tienes una fuente de excitación (el altavoz) y un sistema oscilante (la lámina), que vibrará en una combinación de sus modos de vibración que dependerá de la frecuencia de la excitación (y también el perfil de la intensidad de ésta sobre la lámina). En aquellos casos en los que el resultado sea estacionario (que son los que se hacen más visibles) la amplitud de la oscilación será diferente en cada punto de la lámina. En los puntos donde la amplitud sea nula (nodos) las partículas de arena permanecerán en ellos. En los demás puntos, por decirlo de una manera chapucera pero sencilla de entender, las partículas serán "agitadas" con mayor o menor intensidad y la probabilidad de que permanezcan en el mismo lugar será menor cuanto mayor sea la amplitud de la oscilación en ese lugar. Si me permites la comparación, de algún modo es la misma razón por la que el polvo se nos acumula debajo de la cama o se forman islas de basura en algunos lugares del océano: ahí es todo más tranquilo.

[Pepealej]

Re: Dibujos creados por una onda de presión

Gracias arivasmpor tu respuesta.

Entonces, ¿me quieres decir que se forma una onda estacionaria en la lámina como ocurre en el ejemplo del tubo de Rubens que cité? ¿Puedes explicármelo con más detalle? Te lo agradecería muchísimo.

Gracias

[arivasm]

Re: Dibujos creados por una onda de presión

Cuando la frecuencia de la fuente de excitación coincide con alguna de las frecuencias de resonancia de la lámina entonces se produce la onda estacionaria, cuyo modo normal correspondiente es el patrón de la amplitud a lo largo de la lámina, del cual, en este caso, se ponen en evidencia los nodos, como te dije anteriormente. En el caso del tubo de Rubens (por cierto, muy bonito el vídeo), además del hecho de que el fenómeno es prácticamente unidimensional, la altura de las llamas evidencia la amplitud de toda la onda (es decir, el propio modo normal). Aquí la cosa es doblemente complicada: por el hecho de ser bidimensional y por cómo reacciona el material que se usa para visualizar (la arena) a la onda.

De todos modos, al igual que sucede con cualquier sistema que pueda presentar resonancia, la vibración no necesariamente coincidirá con un único modo de vibración, sino que podrá ser una superposición de varios. En la página de wikipedia que te enlacé más arriba aparece al final una referencia a un applet que permite jugar con los modos de vibración de una lámina circular (si quieres ir directo, es éste).

Me hubiese gustado completar este post con algún enlace sobre modos normales de vibración de objetos cuadrados, pero no he tenido demasiado éxito. De todos modos, añadiré esta imagen (que he tomado de aquí), de la que debo decir que no se corresponde con el problema que tú planteas, sino que (copio y pego) es "Numerically computed resonant modes and corresponding frequencies for a square magnetic thin-film (100 nm by 100 nm by 3 nm), with negligible in-plane magneto-crystalline anisotropy. The colour plot represents the rms value of the pointwise magnetization oscillation amplitude.(after Ref. [1])."

Si con esta imagen he mezclado churras con merinas que, por favor, alguien nos lo cuente.

*Añadido posteriormente:
Acabo de ver que las figuras que te intrigan se denominan "figuras de Chladni" y que hay una entrada sobre ellas en wikipedia.

[arivasm]

Re: Dibujos creados por una onda de presión

Tirando del hilo de Chladni me he encontrado con este sitio, que se dedica al tema. Seguro que te interesa: http://www.cymatics.org/

[nature]

Re: Dibujos creados por una onda de presión

Al ver el video, que me ha gustado mucho y por cierto primera vez que veo este fenomeno con la lamina, lo del tubo si que lo habia leido en libros de Fisica, me recordó inmediatamente el estudio de microondas viajando en guias de onda (rectangulares o circulares) los modos TE TM y TEM de resonancia forman exactamente los mismos partones (solo que en lugar de arenilla es la intensidad de campo electrico y/o magnetico) y luego en el post #4 de arivasm creo que es precisamente de lo que hablan las imagenes. Me Hubiera gustado saber de esta analogia mecanica cuando estudiaba aquellas abstractas criaturas del electromagnetismo.

[arivasm]

Re: Dibujos creados por una onda de presión

Aunque este hilo ya es un poco antiguo, añadiré que hay más información sobre figuras de Chladni y sus utilidades en esta página de la Facultad de Física de la Universidad de Gales del Sur. Por cierto que forma parte de un conjunto de páginas sobre la física de la música y del sonido que están francamente bien.