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Ressonância é um fenômeno físico que ocorre quando uma força é aplicada sobre um sistema com frequência igual ou muito próxima da frequência fundamental desse sistema. A ressonância ocasiona um aumento na amplitude de oscilação maior do que aquele ocasionado por outras frequências.
Um exemplo simples que podemos dar é o da ressonância de sistemas mecânicos. Para colocarmos um balanço em repouso para oscilar, é interessante que apliquemos uma força sobre ele periodicamente sempre que ele se encontrar em seu ponto mais alto. Fazendo isso, o sistema passará a oscilar em amplitudes cada vez maiores. Entretanto, se a força for aplicada com uma frequência diferente, não teremos a mesma eficiência em fornecer energia a esse balanço.
Tópicos deste artigo
Tipos de ressonância
Existem diversos tipos de ressonância: mecânica, sonora, elétrica, magnética, óptica. Confira alguns exemplos:
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Ressonância mecânica: aplicação de forças em um balanço oscilatório, fazendo-o oscilar com amplitudes cada vez maiores.
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Ressonância sonora: produção de harmônicos por instrumentos musicais.
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Ressonância elétrica: circuitos elétricos usados em televisões, rádios e celulares utilizam capacitores e indutores que podem ser ajustados para entrar em ressonância com as frequências das ondas de rádio. Dessa forma, é possível captar e aumentar a amplitude dessas ondas, reproduzindo as informações contidas nelas.
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Ressonância magnética: esse tipo de ressonância surge quando se aplica um campo magnético estático e de alta intensidade aos núcleos atômicos. Em seguida, um campo magnético oscilatório faz com que os campos magnéticos dos prótons entrem em ressonância, emitindo uma radiação capaz de produzir imagens nítidas de diferentes tipos de tecidos.
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Ressonância óptica: surge em cavidades refletoras e pode ser utilizada para aumentar a amplitude da luz, produzindo feixes luminosos de alta intensidade, como o laser.
Ressonância magnética
A ressonância magnética é um fenômeno físico de origem quântica que surge em razão de uma propriedade presente em prótons e elétrons chamada de spin. O spin é uma espécie de campo magnético intrínseco presente em diversas partículas. Quando essas partículas são expostas a um intenso campo magnético externo, seus spins alinham-se de forma paralela ou oposta ao campo magnético externo, emitindo nesse processo uma pequena quantidade de energia, a qual pode ser detectada pelos modernos aparelhos de ressonância magnética. Esses exames podem ser usados para fornecer detalhes da estrutura interna de órgãos e tecidos que não podem ser observados em exames como a tomografia ou raios-x.
A ressonância magnética surge em decorrência de uma propriedade quântica das partículas chamadas spin.
Ressonância sonora ou acústica
A ressonância sonora acontece quando uma fonte emissora consegue emitir ondas em frequências muito próximas à frequência de oscilação natural de um receptor. Essa frequência natural, também conhecida como frequência fundamental, corresponde ao número de oscilações por segundo capaz de produzir harmônicos, isto é, frequências de ondas capazes de interferir construtivamente sobre elas mesmas, produzindo um significativo aumento de sua amplitude.
As notas musicais são exemplos de harmônicos. Cada nota musical corresponde a um harmônico, e cada harmônico é um múltiplo da frequência fundamental do instrumento. Chamamos de frequência fundamental a menor frequência capaz de produzir ondas estacionárias em um instrumento musical.
Tomemos como exemplo a ressonância nas cordas de violão: se controlarmos a tração aplicada sobre a corda, afrouxando ou puxando suas tarraxas, e o seu comprimento, pressionando-a em alguma de suas casas, podemos selecionar o harmônico que será produzido. A produção desses harmônicos acontece quando colocamos a corda para oscilar. Nesse momento, duas ondas propagam-se pela corda em sentidos opostos. Quando refletidas pelas extremidades da corda, essas ondas somam suas amplitudes (esse fenômeno é chamado de interferência). Essa vibração é, então, transmitida para o ar, produzindo o som das notas musicais.
A frequência fundamental de uma corda de violão pode ser calculada por meio da seguinte expressão matemática:
f – frequência do harmônico
n – número do harmônico
L – comprimento da corda
F – tração aplicada sobre a corda
μ – densidade linear da corda
m – massa da corda
As frequências produzidas pelas cordas de violão são determinadas pela densidade linear (μ) da corda, pela tração que é aplicada sobre ela (F) e pelo seu comprimento (L).
Veja também: O que é eco e reverberação?
A ressonância sonora também acontece nos instrumentos de sopro. Esses instrumentos contam com uma cavidade ressonante chamada tubo sonoro. Existem dois tipos de tubos sonoros: abertos e fechados. Enquanto os tubos sonoros fechados têm uma de suas extremidades fechada, os tubos sonoros abertos possuem abertura em seus dois lados.
Nos tubos sonoros, as ondas sonoras refletem nas paredes do tubo e ressoam, produzindo harmônicos. O cálculo que usamos para determinar a frequência emitida por um tubo sonoro depende se esse tubo é aberto ou fechado. Observe:
f – frequência do harmônico
v – velocidade do som no ar
n – número do harmônico
L – comprimento do tubo
Veja também: Aprenda a construir seu próprio instrumento de sopro.
Usando as equações mostradas acima, podemos determinar facilmente quais comprimentos de um tubo sonoro fechado produzem harmônicos. Para tanto, é necessário utilizar um aparato experimental como o da figura a seguir:
Esse aparato consiste em um reservatório de água que se comunica com o tubo sonoro por meio de uma pequena mangueira. Alterando a altura do reservatório, é possível controlar o comprimento do tubo. Em seguida, basta aproximar um diapasão vibrando desse tubo, alterando a altura do reservatório até que se note um nítido aumento da intensidade sonora. Assim, será possível saber quais comprimentos do tubo resultam em ressonância e, consequentemente, na produção de harmônicos.
Veja também: Conheça as diferenças entre intensidade, timbre e altura do som.
Outro experimento bastante conhecido é aquele que envolve quebrar uma taça ao cantar determinadas notas musicais. Isso só é possível quando cantamos exatamente na frequência fundamental ou em um múltiplo dessa frequência. Se o estímulo sonoro for mantido por tempo suficiente, as moléculas presentes na taça passarão a oscilar em amplitudes cada vez maiores até que a taça quebre.
Para que duas taças idênticas entrem em ressonância, basta produzirmos uma vibração em uma delas, a qual será transmitida pelo ar para a taça vizinha.
Por Me. Rafael Helerbrock
