¿Cómo podría un cuerpo vibrar libremente sin ninguna fuerza externa?

El cuerpo debe comenzar en un estado en el que no esté en equilibrio: toque una cuerda de guitarra, toque una cuerda de piano con un martillo de fieltro, tire de un péndulo hacia un lado, etc., luego permita que se mueva, sin ninguna entrada continua.

Esto es distinto de un caso donde hay una entrada continua. Si un motor estaba conectado a una cuerda de guitarra, podría forzarlo a vibrar a cualquier frecuencia. Pero si la frecuencia fuera variable, ya que se acercaba a una frecuencia resonante de la cuerda, la vibración de la cuerda aumentaría dramáticamente.

Una cadena tiene un número infinito de modos, cada uno con su propia frecuencia de resonancia. El modo fundamental tiene toda la cuerda vibrando hacia arriba y hacia abajo en forma de medio sinusoide o arco. El segundo armónico, al doble de la frecuencia, o una octava más alta, tiene el punto medio de la cuerda estacionaria, y la mitad izquierda se inclina hacia arriba cuando la mitad derecha baja y viceversa. El tercer armónico, a tres veces la frecuencia, tiene tres arcos, etc.

Es un hecho notable (el teorema de Fourier) que cualquier forma en la que se pueda doblar una cuerda, sin solaparse, puede (en principio) construirse sumando una serie infinita de armónicos (adecuadamente ponderados). Girando la cabeza, la forma en que comienza a vibrar la cuerda influirá en las proporciones en las que están presentes los diferentes armónicos.

Por ejemplo, cuanto más cerca del puente de una guitarra tocas la cuerda, más armónicos de frecuencia están presentes y más “brillante” es el sonido. Y creo que en un piano el martillo golpea la cuerda un séptimo del camino a lo largo de su longitud, porque eso suprime el séptimo armónico que se percibe como especialmente disonante.

Si tomas un resorte, lo extiendes y lo dejas ir, vibrará por sí solo, con alguna frecuencia natural independiente de las condiciones iniciales. Si no hubiera arrastre de aire, estas oscilaciones continuarían para siempre. Esto es lo que se llama oscilaciones libres.

Ahora su pregunta es, si no hay fuerza neta en un sistema, ¿cómo puede vibrar el sistema? Maravillosa pregunta … vamos a analizar eso ¿de acuerdo?

Si tomamos la primavera como un sistema. Entonces no hay fuerzas externas.
Entonces eso significa, F = ma, por lo tanto a = 0.
De hecho, la aceleración de la primavera en su conjunto es cero. Un profesor de física como yo diría que la aceleración del centro de masa del resorte es cero. [Porque en la ecuación anterior, a es la aceleración del centro de masa del sistema]

Ahora, si toma una parte de la primavera , entonces claramente esa parte [o para ser más precisos, el centro de masa de esa parte ] está claramente acelerando. Obviamente porque esa parte del resorte experimenta una fuerza externa [fuerza debida al resto del resorte en contacto con él]

Esto es muy similar a preguntar, si gira una botella en el espacio libre, seguirá girando para siempre, sin una fuerza externa. Bueno, el centro de masa no se aceleraría, pero si te concentras en cada parte de la botella, experimenta una fuerza debido al resto de las partes de la botella.
¿lo entiendes?

Un ‘cuerpo’ en este caso se refiere a un objeto. En lugar de pensar en un objeto como un peso muerto inerte, recuerde que incluso la mayoría de los objetos de escritorio es en realidad un sistema, y ​​todos los sistemas están compuestos (en un nivel de consideración) de fluctuaciones / ondas. Hay una gran actividad en todo. Las ondas interferirán entre sí, algunas se cancelarán entre sí, otras serán de apoyo, y la frecuencia natural es el resultado neto de toda esa actividad e interferencia.

Por otro lado, cuando se aplica una fuerza externa que “coincide” con la frecuencia natural, el efecto se llama “resonancia”. Y no puede tener resonancia a menos que haya algo con lo que resonar en primer lugar.

Eso responde tu pregunta?

Hay dos vibraciones en la secuencia …

1. Forzado: se configuran mediante una fuerza externa y duran tanto como se aplica la fuerza.

2. Natural: ellos también son creados por una fuerza externa, pero comienzan tan pronto como se elimina la fuerza (o el cuerpo está libre de ella) y siguen vibrando hasta que se amortiguan o para siempre si no hay amortiguación.

Espero que esto tenga sentido ahora … ¡gracias por A2A!

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