Ressonàncies i von Karman

Sabeu que és la ressonància? Un fenomen que es dona quan un oscil·lador (que pot ser una massa suspesa d’un ressort, un pèndol, un gronxador, un pont, un edifici, etc.) és forçat amb una freqüència que coincideix amb algunes de les seves freqüències pròpies.

[@more@]

Deixem-nos de tecnicismes. Imaginem un gronxador i un nen. Li empenyem, segons ve, una altra vegada i una altra. Fixeu-vos que aquestes empentes no les fem en qualsevol moment, sinó just en aquells instants en els quals la nostra força afavoreix el moviment natural del mateix. No ho fem, per exemple, quan ve cap a nosaltres, sinó quan està parat en el punt més alt. Adoneu-vos que a poca força que fem podem aconseguir fer-ho arribar molt a dalt. Doncs bé, això és la ressonància. La freqüència amb que empenyem s’anomena freqüència pròpia del sistema, en aquest cas, el gronxador.

L’únic que ho pot parar és la resistència pròpia del sistema. Si no fos pels fregaments i per l’aire el gronxador pujaria molt i molt més alt.

Tots els sistemes, de la mateixa manera que un gronxador, tenen uns modes o freqüències pròpies de vibració. Per exemple, els vaixells de gran tonatge. La majoria dels seus motors treballen a molt baixes revolucions per minut. Un que tingui velocitat màxima de treball a 120 r.p.m. pot entrar en ressonància a 60 r.p.m. A aquesta velocitat la màquina comença a vibrar bruscament de manera anormal fent-se necessari sobrepassar l’esmentat punt d’immediat. És imprescindible incrementar més les revolucions per minut del motor i deixar endarrere aquest punt de ressonància com més aviat millor. Mai heu saltat sobre un pont i heu notat com es movia? Doncs ho feia a una d’aquestes freqüències pròpies de vibració.

L’exemple més famós de la història? El pont de Tacoma. Un dels ponts penjants més importants construït en la dècada dels trenta. El matí del 7 de novembre de 1940 va començar a moure’s imprevistament i a presentar oscil·lacions trasversals i torsionals de gran amplitut fins que l’estructura no va poder més i finalment es va desplomar.

La investigació del desastre va ser encarregada a una comissió encapçalada per l’enginyer aeronàutic Theodore von Karman. Encara que sembli increïble, la teoria acceptada per explicar aquest fenomen atribueix la destrucció del pont a un vent moderat de … 68 km/h que bufava transversalment al mateix aquell matí.

En què es va basar? Fixeu-vos en la següent figura:

Són remolins provocats per una pertorbació a un fluix uniforme. Els remolins no eren molt forts però, casualitat de les casualitats, coincidien al moment just amb un dels modes propis de vibració del pont. En altres paraules, que ho van empènyer com el nostre hipotètic gronxador formant el que les imatges següents mostren:

Això que veieu en les imatges són els resultats d’una ressonància provocada per un fenomen aerodinàmic. La ressonància és també la causa per la qual els soldats no han de travessar un pont marcant el pas. Val, i què hi ha d’altres ponts, com el de Brooklyn?. Doncs el seu enginyer, John Augustus Roebling, va fer l ‘estructura sis vegades més fort del calculat i aquesta podria ser la raó per la qual no ha caigut.

I què hi ha de von Karman, el nostre heroi? Doncs diguem que no es van equivocar a l’escollir al responsable de la investigació. Aquest home va ser un dels especialistes en aerodinàmica més importants de la història i un bon amic de John von Newmann. Segons aquest últim von Karman va ser qui va inventar el consulting. També va ser un dels primers científics que va aprendre a pilotar un avió a la Primera Guerra Mundial i tenia un número molt baix en el seu permís de pilotar internacional, en resum que va ser un dels primers a obtenir l’esmentat permís. Les seves experiències com pilot van influir decisivament en les seves idees sobre els reactors. Va ocupar molts llocs importants, com per exemple el de director de l’Institut Aeronàutic de Aachen a Alemanya i va ser un dels fundadors del famós Jet Propulsion Laboratory de la NASA

En 1911 va fer un estudi del que passava darrere d’un cos que obstaculitzava en una corrent. L’estudi va ser tan bo que avui coneixem com carrers, remolins o vòrtexs de von Karman al que ell va descobrir. Aquests carrers, vòrtexs o remolins (com més us agradi) són la raó per les quals onegen les banderes. Us ho mostro (imatges preses de demairena).

Sí, tot això està molt bé, em direu, però pots donar-me alguna prova més irrefutable de tot això que dius? Doncs sí. Fixeu-vos el que poden provocar al les corrents amb un obstacle, en aquest cas l’illa mexicana de Socorro. Les imatges van ser preses pel Jet Propulsion Laboratory de NASA fundat pel propi von Karman en 1944.

No us recorden aquestes figures a tot el que estem parlant? Ja veieu que aquests fenòmens es donen també a grans escales.

Impressionant von Karman, no?. Le agradava dir que els enginyers són aquells que perpetuen els errors comesos per la generació anterior. Serà veritat?.

Font:

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.