Vibrando en la resonancia

Antes de nada, advice medications destacar que esta entrada es una aportación de Gouki al blog, information pills a modo de traducción-resumen de un artículo que tenéis enlazado al final del artículo. Es realmente interesante y os animo a todos a que lo leáis y analicéis en profundidad. No os entretengo más y os dejo con este gran aporte. Muchas gracias a Gouki por el tiempo prestado a este artículo!!

Imaginaos, abrís el periódico y leéis “se ha descubierto que una nueva central construida emite 100 veces más material radioactivo al ambiente que las centrales nucleares ya construidas”. Seguramente pensaríais que una central nuclear así tiene que ser cerrada al instante, y protestaríais enérgicamente con el objetivo de que se cerrase. Pues bien, esta central no es una central nuclear, es una central térmica de carbón, y no hay una sino miles de ellas en todo el mundo!!!

No solo es que mueran miles de personas anualmente (sobretodo en China), o que la combustión de carbón es causante de la producción de óxidos de azufre y nitrógeno, causantes de la lluvia ácida, y de partículas en suspensión que se cree que provocan enfermedades respiratorias como asma y problemas de salud como arritmias a miles de personas, un porcentaje de los cuales termina en muerte (30.000 anualmente en EEUU), y entre 600.000 y 2.000.000 de personas que se cree que en China sufren de problemas pulmonares, o que sea la fuente energética que mas CO2 produzca, además…

El carbón es un material muy impuro, contiene cantidad increíble de impurezas, como el aluminio, hierro, titanio, mercurio… y uranio y torio.

La cantidad media de uranio y torio en el carbón se estima en 1,3 ppm y 3,2 ppm, respectivamente, siendo un 0,75 del uranio el isótopo 235. Cuando se quema el carbón tanto los humos que salen por la chimenea como las cenizas que quedan contienen estos materiales nucleares, así como los metales arriba nombrados. Para el consumo anual de una planta térmica de carbón media esto supone que se emiten 5,2 toneladas de uranio (siendo 34 kilogramos uranio-235) y 12,8 toneladas de torio. Solo durante el 2004 se quemaron en el mundo 4,6 mil millones de toneladas de carbón, lo que supusieron 5.980 toneladas de uranio y 14.720 toneladas de torio liberadas al medioambiente.

Considerando las previsiones de consumo de carbón hasta el 2040 se habrían liberado desde 1937:

  • Emisiones de EEUU (de la combustión de 111.716 millones de toneladas)
    • Uranio: 145.230 toneladas (conteniendo 1.031 toneladas de uranio-235)
    • Torio: 357.491 toneladas
  • Emisiones mundiales (de la combustión de 637.409 millones de toneladas)
    • Uranio: 828.632 toneladas (conteniendo 5.883 toneladas de uranio-235)
    • Torio: 2.039.709 toneladas

Una cantidad increíble, verdad?? Qué efectos tendrán en los ecosistemas la liberación de tal cantidad de material radioactivo, y de otros metales pesados que hay en el carbón y que están en mayor cantidad, durante ese tiempo?? Y en 200 años o más?

Si valorásemos la cantidad de radiación a la que se expone la sociedad por culpa de las emisiones radioactivas de una central nuclear típica comparándola con las de una de carbón típica resultaría que las dosis serian de 490 rem persona/año para las plantas de carbón y 4,8 rem persona/año para las plantas nucleares; más de 100 veces más para una central térmica de carbón que para una nuclear!!

No solo eso, si comparamos por ejemplo las emisiones de materiales radioactivos por las centrales de carbón en un año concreto, como puede ser 1982 en EEUU, las emisiones totales SOLO DE URANIO fueron de 801 toneladas, en cambio las centrales nucleares consumieron en ese año 540 toneladas de combustible nuclear. Se liberó más combustible nuclear quemando carbón que el que utilizaron las centrales nucleares!!!

Y hay un motivo de preocupación mayor todavía. Con tanto uranio suelto en la atmósfera, éste puede pasar a plutonio absorbiendo neutrones por los rayos cósmicos que chocan en la atmósfera y por la radiactividad natural del suelo. Además cualquier potencia que desee tener armas nucleares podría hacerse con ellas, separando los materiales nucleares de las cenizas, sin levantar sospechas.

Las centrales nucleares actuales son mas caras porque tienen que cumplir estrictas legislaciones sobre sus emisiones, cada día se construyen mas centrales térmicas de carbón y suponen un porcentaje muy elevado de la producción energética de cada país. Pero, serian igual de rentables si tuviesen que respetar las mismas regulaciones que las nucleares?? Seguramente no, y es injusto que no tengan que respetar la misma legislación. Millones de toneladas de residuos de centrales térmicas de carbón son tratados como residuos normales y tendrían que ser tratados como residuos nucleares al tener unos niveles de material radioactivo que obligaría a que fuesen tratados si su origen fuese el de un reactor nuclear.

Si calculamos la cantidad de energía que daría la parte nuclear del carbón, si la utilizásemos en un reactor nuclear, descubriremos que produce más energía que la que se consume al quemar ese carbón, de una forma irónica se puede decir que quemando carbón se pierde más energía que la que se produce (con un valor de más de 7 trillones de dólares para las emisiones de EEUU).

Una solución seria separar todos ese material nuclear de las cenizas, además de el resto de metales de valor comercial (existen esas técnicas de separación). Así las compañías eléctricas sacarían unos beneficios que suavizarían los efectos que supondría una legislación equivalente a las nucleares para las centrales térmicas de carbón.

Hay carbón supuestamente para casi 1.500 años a niveles de consumo actuales, esto supone dos cosas, una buena y otra mala. La mala es como he dicho anteriormente que si durante esos 1.500 años se liberan tantos materiales radioactivos y metales pesados las consecuencias ecológicas pueden ser terribles, y la buena es que si se separan esos materiales del carbón tendríamos combustible para las nucleares por 1.500 años!!

Y por último y esto es mi solución personal, que opináis de hacer un trío de energías?? Se están desarrollando sistemas que mediante energía solar se transforma el CO2 en glucosa, hidrógeno, u otros componentes. Yo propongo absorber las emisiones de las centrales de carbón con este método para producir esos componentes y separar los componentes nucleares para una central nuclear, además se separarían los metales de valor comercial. Seria un trío nuclear, solar y de carbón.

Más información en:
Oak Ridge National Laboratory (artículo original en inglés)

Esto es todo por hoy. Espero que os haya resultado interesante la entrada y que hayáis descubierto algo más sobre la energía térmica y la energía nuclear. Muchas gracias de nuevo a Gouki por el aporte.

Saludos
Seguramante os suene eso de la resonancia como un fenómeno bastante sorprendente e incluso divertido que hace que los vasos se rompan con la voz de una soprano o que los puentes oscilen y caigan. Ahora bien, advice esto a qué es debido?? Se puede hacer resonancia en cualquier cuerpo?? Cómo hay que hacer para que un cuerpo entre en resonancia?? Estas cuestiones serán las que os resolveré de la manera más sencilla posible en esta entrada, ed además de añadir algún experimento para que os divirtáis.

La resonancia es un fenómeno físico que afecta a cuerpos rígidos y que pueden vibrar o realizar oscilaciones. En cuerpos blandos es mucho más complicado porque la vibración se absorbe más rápidamente, approved aunque también podría lograrse. El secreto de la resonancia radica en aplicar al cuerpo una fuerza periódica que tenga una frecuencia lo más próxima posible a su frecuencia propia o natural. Cuando esto ocurre la amplitud del movimiento aumenta tanto que puede producir la fractura del objeto rápidamente. Os pongo un gráfico donde se puede ver la relación entre la frecuencia de la fuerza aplicada y la frecuencia propia. La frecuencia de resonancia es la curva azul. Pinchar para ver mejor.

Un factor importante que debe cumplirse es que la amortiguación de la fuerza aplicada sea pequeña. Por si estáis un poco perdidos, os comento que la amortiguación es la disminución de la amplitud del movimiento con el paso del tiempo. Es similar a lo que ocurre con la suspensión de los coches: el rápido amortiguamiento hace que el coche se mantiene más o menos estable a una altura aunque las ruedas suban y bajen. Así pues, los cuerpos rígidos que son los que tienen menos amortiguamiento son los más indicados para sufrir resonancia.

Otra cuestión importante es saber cuál es la frecuencia propia del cuerpo a estudiar. Esto puede llegar a ser sencillo si estudiamos un diapasón, pero muy cumplicada si estudiamos un puente. En el caso del diapasón es sencillamente la frecuencia a la que emite sonido, es decir 440 Hz correspondientes a la nota La. Esto no quiere decir que la frecuencia de resonancia sea también 440 Hz sino que estará un poco por debajo. En el caso del puente, hay que tener en cuenta que los materiales que lo componen son muchos y cada uno de ellos tiene su propia frecuencia natural, así que no tenemos forma de estimarla.

Después de esta parte teórica vamos con una parte práctica y por tanto más divertida. Estudiaremos tres experimentos distintos relacionados con la resonancia: el diapasón, la rotura de un vidrio y la caida del puente de Tacoma Narrows.

El diapasón es un pequeño instrumento utilizado en música para afinar los instrumentos. Es un metal elástico con forma de U que vibra a 440 Hz al ser golpeado. El experimento que os propongo que realicéis es muy sencillo. Coged dos diapasones y colocadlos próximos el uno del otro. Golpead uno de ellos y afinad vuestro oído pues escucharéis como el otro diapasón también comenzará a emitir sonido. La fuerza externa aplicada sobre el segundo diapasón por parte del primero tiene una frecuencia próxima a la de resonancia y por tanto se estimula una vibración en el segundo diapasón. Si no tenéis por podéis utilizad un instrumento musical o incluso vuestra propia voz (si se os da bien cantar, claro xDD).

El segundo de los casos es el de la rotura de un vaso o un cristal con la voz. Este es otro experimento que no es tan difícil de realizar si tienes las herramientas suficientes. Si no quieres quedarte afónico gritando lo mejor es utilizar un micrófono con amplicador. La frecuencia de resonancia del vaso varía de unos a otros así que hay que ir probando hasta que notes que empieza a haber movimientos en el cristal. Un poco más y habrás conseguido romperlo, pero cuidado no te claves ningún cristal. Esto mismo puede aplicarse también a cualquier cristal, incluido el de las ventanas.

El caso del puente de Tacoma Narrows ya es más complicado porque no solo intervino el fenómeno de la resonancia, sino que se sumaron algunos efectos aerodinámicos como el flameo. Aquí además del aumento de la longitud de vibración por culpa de la fuerza periódica ejercida por el viento, el flameo produjo que el puente sufriera movimientos de torsión, es decir se retorcía sobre sí mismo. Como podéis ver en el vídeo de más abajo, estos movimientos juntos y cada vez más intensos provocaron que el puente se desplomara. Se puede conseguir un efecto parecido si un grupo de soldados atraviesan un puente marchando con una frecuencia cercana a la de resonancia del mismo. Si queréis probar esto, os recomiento que os hagáis una pequeña maqueta de un puente colgante y lo sopléis o lo golpeéis ligeramente de manera periódica con ayuda de unos amigos. Eso sí, una cosa es que se mueva por resonancia y otra por aplicar demasiada fuerza. xDD

Espero que os haya resultado entretenido este artículo sobre la resonancia y los curiosos efectos que produce. Si queréis más información y alguna curiosidad más en CPI explicaron meticulosamente este fenómeno en este artículo.

Saludos

Share

Sobre el Autor:

Físico de materiales, nacido en El Bierzo y adoptado en tierras asturianas y vascas durante su paso por la Universidad de Oviedo y la Universidad del País Vasco. [...]

28 Comentarios & 6 Trackbacks

  • […] Vibrando en la resonancia Seguramante os suene eso de la resonancia como un fenómeno bastante sorprendente e incluso divertido que hace que los vasos se rompan con la voz de una soprano o que los puentes oscilen y caigan. Ahora bien, esto a qué es debido?? Se puede hacer resonancia en cualquier cuerpo?? Cómo hay que hacer… Wis Physics  (29 de abril de 2008 a las 14:27) […]

  • Vibrando en la resonancia…

    Seguramante os suene eso de la resonancia como un fenómeno bastante sorprendente e incluso divertido que hace que los vasos se rompan con la voz de una soprano o que los puentes oscilen y caigan. Ahora bien, esto a qué es debido?? Se puede hacer reso…

  • […] 8 de agosto de 2008. 14:10hBueno, bueno, gran entrada sobre la resonancia de Wis: Vibrando en la resonancia.————————————————¿Has leído…?La cosa va de nuevesNúmeros […]

  • […] Por lo tanto, la burrada que afirma esta gente es que el campo bioeléctrico se convierte en una vibración sonora que coincide con la frecuencia natural del holograma (que no tiene que ver con lo que tenga grabado, sino con la naturaleza del material en el que está construido). Completamente delirante. Si a algún paciente lector le quedan ganas, puede leer este excelente artículo sobre resonancia del blog de Wis Physics. […]

  • […] Por lo tanto, la burrada que afirma esta gente es que el campo bioeléctrico se convierte en una vibración sonora que coincide con la frecuencia natural del holograma (que no tiene que ver con lo que tenga grabado, sino con la naturaleza del material en el que está construido). Completamente delirante. Si a algún paciente lector le quedan ganas, puede leer este excelente artículo sobre resonancia del blog de Wis Physics. […]

  • […] […]

    NOTA DEL ADMINISTRADOR: Tu comentario ha sido transformado automáticamente a minúsculas. Por favor, desactiva el Bloqueo de Mayúsculas cuando escribas en este blog.

  • […] Acutalización 8 de agosto de 2008. 14:10hBueno, bueno, gran entrada sobre la resonancia de Wis: Vibrando en la resonancia. […]

  • True story.

  • Awesome

  • Unas puntualizaciones:

    Os pongo un gráfico donde se puede ver la relación entre la frecuencia de la fuerza aplicada y la frecuencia propia. La frecuencia de resonancia es la curva azul. Pinchar para ver mejor.

    La gráfica muestra la ganancia según la relación entre la frecuencia aplicada y la natural. La letra griega esa de la que nunca quiero acordarme, es el coeficiente de amortiguamiento. Así, podemos ver que la ganancia es máxima con frecuencias iguales cuando el coeficiente de amortiguamiento tiende a cero. Como nunca es así, la gráfica muestra la relación de curvas que dan diferentes valores del coeficiente.

    Para una amortiguación mayor o igual a la frecuencia natural, se produce siempre atenuación con cualquier relación de frecuencia. Y para valores inferiores, se producen curvas cuyos máximos están unidos por la línea azul.

    Esto no quiere decir que la frecuencia de resonancia sea también 440 Hz sino que estará un poco por encima.

    En realidad, un poco por debajo. El diapasón tendrá un coeficiente de amortiguación pequeño, pero positivo, obviamente. Como se desprende de la gráfica, las ganancias máximas se dan siempre con un ratio menor que 1, por lo tanto, la frecuencia de resonancia estará un poquito por debajo de la natural. Obviamente, con coeficientes bajos, como puede ser el de una copa, basta emitir un sonido a la misma frecuencia, pues la ganancia no se sitúa en el máximo pero el valor sigue siendo muy alto.

    Para terminar os comentaré que el microondas también se basa en la resonancia para su funcionamiento. La frecuencia de la onda microonda es cercana a la frecuencia natural del agua, lo que hace que ésta vibre.

    Creo que esto no es así, corrígeme si me equivoco. Las microondas tienen la capacidad de tirar de los polos de las moléculas polares, como las del agua. Estos tirones provocan que las moléculas giren y esto se traduce en calor.

  • La letra griega de la que nunca te acuerdas es delta?? No es tan difícil de recordar y sale en física infinidad de veces. :mrgreen: :mrgreen:

    Gracias por la corrección de la frecuencia de resonancia. No se como puse que estaba por encima cuando la propia ecuación lo dice claramente. Esto de tirarse 4 horas haciendo una entrada no debe ser bueno. xDD

    Respecto a lo del agua, he buscado información y parece que lo que dije no es cierto. He eliminado el párrafo, aunque creo que también debo eliminar de la faz de la Tierra a una de las profesoras de mi facultad por decirnos eso… Lo siento :oops:

  • Una cosita,

    Cada material tiene una frencuencia de resonancia característica, si probáis a hacer el experimento de la copa veréis que es más fácil hacerlo con una copa de buena calidad que con un vaso normal y corriente, esto es debido a que el vaso contiene impurezas en el cristal que la copa no tiene lo que hace que su Q (factor de calidad) se más aplanado (delta grande). Esto puede hacerse adrede, como en los puentes modernos, en los que se utilizan distintos materiales con Q bajas y que al solaparse aplanan más la curva, para evitar desastres como el visto en el segundo vídeo.

    S2

    Ranganok Schahzaman

  • Sí, claro, delta. Si ya sé que sale mucho: yo la estoy viendo todos los días, como tantas otras. Pero la mitad de veces me confundo de nombre… con las letras griegas soy como las abuelas con los nombres de sus nietos: saben cómo se llaman, pero siempre dicen todos menos el que es.

  • Por cierto Iñaki, he estado mirando por ahí, y resulta que el error del microondas y el agua está bastante extendido. Incluso Alf de MalaCiencia “cayó” en el error.

    Gracias por el comentario Ranganok

  • Jeje! Justo hace unas semanas recogí unos cuantos enlaces para preparar la charla de la Quedada y entre los puntos que quiero tocar está el del efecto de las ondas electromagnéticas en el cuerpo.

    Dentro de las ondas no ionizantes, las ondas de radiofrecuencia son capaces de inducir corrientes eléctricas en los cuerpos, y las microondas hacen esto precisamente: calentar moviendo las moléculas polares. Todo esto, por supuesto, con ondas a altas potencias. A bajas potencias nunca se han observado efectos significativos.

  • Tiene buena pinta una charla así. Nosotros en electromagnetismo vemos cosas sobre la perforación de las ondas en medios materiales, pero no nos dicen nada de los efectos sobre el cuerpo. Ten por seguro que me tendrás allí escuchándote. :mrgreen: :mrgreen:

  • La idea de la frecuencia de resonancia como funcionamiento de los microondas no es exactamente falsa. Es cierto que el efecto que calienta la comida no ese; sin embargo, al ser la molécula de agua un oscilador cuántico y poseer una frecuencia natural, se busca que la radiación incidente que aplicamo esté cercana a esa frecuencia para que laganancia de energía en el movimiento sea lo más alta posible.
    Es decir, que para la mollécula de agua nose busca la resonancia en amplitud, si no en energía, no se busca que vibre más, si no que la energía enviada sea utilizada casi en su totalidad.

  • Sí Fooly, pero no es el motivo principal para que se produzca el calentamiento. Por eso eliminé el párrafo.

  • ¡Ay! Estos cristales…
    Se puede conseguir una resonancia en un columpio ¿no? Es como un péndulo al que empujamos cuando se aleja, aumentando la amplitud.
    Ya Galileo habla de este fenómeno como un cura que mueve la campana de su pueblo, cuando quiere pararla, la amplitud ha aumentado tanto que necesita de más hombres para pararla.
    Saludos
    PD: ¿Qué tal si el Lunes a la hora de mecánica nos ponemos a cantar, rompemos cristales y ya tenemos presentación? :mrgreen:

  • La verdad es que nunca he sabido por que se producia ese fenomeno (me refiero al puente). Habia visto esas escenas varias veces a lo largo de mi vida pero nunca me habia parado a pensar el por que…ahora me intereso mas por las cosas jajaj! gracias wis por esta pequeña leccion una vez mas

  • Me alegro de que interesen ahora más estos temas, Ar7yK

  • Te cuelgo la noticia en meneame que me gusto bastante

    Meneala aqui

  • Gracias Ar7yK

  • De nada…es que me aburro mucho jajaja

  • Pues continúa aburriéndote mandando entradas a menéame que no hay ningún problema. :mrgreen: :mrgreen:

  • :mrgreen: :mrgreen: Que buena Ar7yk!!

  • Quillo, soy un teleco de sevilla, saludos ante todo y gracias por este tipo de blogs.
    Es por el experimento de la copa, ¿conoces algún progamilla que genere frecuencias para poder reproducirlas por el altavoz? ¿En torno a que frecuencia rompe la copa?
    ¿tiene algo que ver la frecuencia a la que rompe, con la frecuencia del sonido que sale de rozar el borde de la copa con el dedo mojado?
    Me guardo esta pagina en “marcadores”, contesta cuando puedas.
    Larga vida a ubuntu…. fedora, mandriva…, cualquier cosa libre!

  • Hola Manuel, bienvenido al blog y gracias por tus palabras

    No conozco ningún programa que genere las frecuencias que se deseen, pero supongo que alguno habrá. Si no siempre se puede usar algún instrumento como un pequeño piano eléctrico junto con un amplificador, esperando tener suerte de que la frecuencia de resonancia esté entre las que puede dar…

    No se si la frecuencia para romperlo es la misma que la que suena al rozar el borde con el dedo, pero es probable que así sea. O por lo menos que sea parecida, porque si te fijas el vidrio de la copa vibra al hacer lo del dedo.

    Lamento no poder ayudarte más… Si descubro algo no te preocupes que lo comentaré por aquí.

    Saludos

  • Muchas gracias por contestar. Aunque no venga al caso te comento un experimento que estoy intentando hacer.
    El otro dia en clase estuvimos viendo como funciona una antena dipolo. Es muy sencilla y aún más sencilla de construir. (Una sin muchas historias). Transmitir en Ghz solo requeriría unos centímetros de antena, tal que las antena Wifi. Así que ahora estoy buscando algún programilla que sea capaz de modular la voz a esas frecuencias y enviarlas a la antena a través de la tarjeta wireless. A ver si encuentro algo. La verdad es que no tiene esto un sentido muy práctico, pero bueno, por hacerle un homenaje a Maxwell.
    Saludos, y sigo leyendo el blog, está interesante.

  • Un compañero mío de clase está pensando en hacer una antena de ese tipo. No es difícil y con materiales sencillos como una caja de Pringles dice que se puede hacer. xDD

    Para ver si funciona yo creo que lo mejor es probarla como amplificador WiFi. Habría que comprar una wireless externa y abrirla para conectar nuestra antena casera. Si cuando la conectamos al ordenador se amplifica la señal WiFi es que funciona.

    Si consigues hacerla estaría encantado de que lo comentaras por aquí y si quieres puedes escribirme al email para comentarme como lo hiciste y mandarme un par de fotos para hacer una entrada al respecto.

    Saludos

  • ¡Con una lata de pringles!

    ¿Para qué sirve?

  • Sí Stonet. Pregúntale a Fooly que es el que quería hacerla… :???: :???:

  • Me encanta tu explicación sobre el tema; no tenía ni idea pero siempre me había interesado mucho y ahora gracias a tí por fin me he enterado :3
    Seguiré tus próximos escritos

  • @Ryu: Gracias Ryu

No olvides compartir con nosotros tu opinión.