Rezonanta – de ce este atat de importanta

Rezonanta sau vibratia libera a unui corp la frecventa sa naturala este experimentata si chiar identificata ca fiind procesul responsabil pentru formele tuturor lucrurilor pe care le percepem, observam sau deducem pe baza ei – un atom, o floare, planete, galaxii.

Ea leaga impreuna diferitele elemente care alcatuiesc realitatea fizica si permite interactiunea intre ele. Rezonanta este principalul factor pentru ca feedback-ul sa fie posibil, este canalul prin care se realizeaza schimbul de informatii.

Astfel, exteriorul poate patrunde in interior, iar interiorul se poate manifesta in exterior. Conditia ca acest canal sa fie disponibil, este coincidenta de energie; este nevoie ca energiile interioare si exterioare sa fie compatibile, adica sa aibe aceeasi frecventa.

In general, am putea spune ca totul in jurul nostru vibreaza sau este vibratie. Lumina sau campurile electromagnetice sunt o vibratie care se propaga liber in spatiul gol.

Este de obicei descrisa ca o forma de unda in 2D, cand in realitate se misca in 3D, in urma unei miscari elicoidale, si este o unda transversala deoarece vibreaza perpendicular pe directia de propagare (sageti oscilante verzi si rosii).

Vectorii oscilatori verde si rosu sunt componenta electrica, respectiv magnetica a undei.

Rezonanta, vibratia si amprenta obiectelor

Atunci cand vibratia nu are loc in spatiul gol, ci printr-un anumit material, atunci unda nu este de natura electromagnetica, ci mecanica (atomii insisi propaga vibratia, ei sunt unda). Este cunoscuta sub numele de unda sonora si propagarea ei, viteza ei va depinde de material.

Este o unda longitudinala, adica vibratia are loc in directia de propagare a undei. S-a dovedit recent ca undele sonore transporta o masa proprie, in plus fata de masa pe care o au atomii.

Materia este si vibratie, care este limitata intr-un anumit volum in spatiu. Toate obiectele, chiar daca sunt statice, au atomii care sunt, practic, vibratie pura.

Si modurile interne de vibratii sunt specifice pentru fiecare atom si molecula. Acestea sunt amprenta obiectului, ca de exemplu un atom, sau o minge de tenis, o planeta sau o stea.

Fiecare obiect isi are amprenta sa, reprezentata de propriile sale moduri de vibratie. Acestea sunt definite de forma si compozitia atomica/moleculara.

Atunci cand vibratia externa loveste un obiect, daca acea vibratie (frecventa) coincide cu oricare dintre modurile de vibratie ale obiectului (sunt in rezonanta), acesta va absorbi acea energie si acel mod normal de vibratie isi va amplifica amplitudinea (va vibra mai intens; de exemplu amplitudinea mai mare a valurilor marii).

Acest principiu face, de exemplu, ca un vas de sticla sa se sparga atunci cand o anumita vibratie acustica din jurul sau coincide cu oricare dintre modurile normale sau adecvate de vibratie ale sticlei.

Astfel, daca volumul (intensitatea sunetului) este suficient de mare, sticla va absorbi acea energie, atomii sai vor avea mai multa energie cinetica care este amplificata de aceasta conditie rezonanta, pana cand sticla se sparge (isi pierde forma, fiind incapabila sa reziste la atat de multa energie interna amplificata de exterior).

De asemenea, un obiect care este facut sa vibreze (o face cu propriile frecvente sau moduri de vibratie) poate stimula vibratia oricarui alt obiect din jurul sau care are un anumit mod de vibratie care se potriveste cu al sau (de exemplu, doua diapazoane aflate in rezonanta).

Cimatica si spectroscopia

Sunetul este, prin urmare, o consecinta a rezonantei.

Cimatica este un exemplu perfect al modului in care rezonanta poate fi observata in natura. Cimatica este un subset de fenomene vibrationale modale; face vizibile zgomotele sonore, prin urmare, este studiul sunetului si vibratiilor vizibile.

Iar atunci cand combinam vibratiile sunetului sau materiei si vibratiile luminii, se creeaza tipare cimatice incredibile.

Culoarea, de asemenea, este o alta consecinta a rezonantei. Pentru a explica natura culorii, ar trebui mai intai sa abordam cateva concepte de mecanica cuantica.

Cel mai simplu atom cunoscut, hidrogenul, este compus in principal dintr-un proton si un electron, unde ambele sunt practic vibratii limitate la frecvente diferite, cunoscute si ca moduri normale de vibratii.

Aceasta inseamna ca li se permite sa vibreze doar la anumite frecvente, definite de mecanica cuantica. Vibratiile lor sunt „cuantizate”.

Intre timp, lumina alba, care propaga oscilatiile electromagnetice, contine toate frecventele spectrului vizibil, prin urmare, atunci cand ajunge la atomul de hidrogen, doar parti ale spectrului electromagnetic pot fi absorbite de atom si acesta devine „stimulat”.

Aceasta stimulare dureaza foarte putin, se degradeaza aproape imediat si pot fi detectate si energiile emise de atom. Acest fenomen este cunoscut sub numele de spectre de emisie ale atomului de hidrogen.

Exista doua moduri prin care se pot masura spectrele sau amprenta interactiunii dintre lumina si atom. Primul, din perspectiva frecventelor luminii care lipsesc din original dupa ce au fost absorbite de atom (sectiunea superioara din figura de mai jos).

Al doilea, prin masurarea spectrului de emisie al atomului stimulat. Ambele spectre sunt aproape negativul celeilalte, cu exceptia faptului ca exista pierderi foarte mici de energie sub forma de caldura si, prin urmare, energia emisa este mai mica decat cea absorbita.

Spectrul este particular pentru fiecare atom, este amprenta fiecarui atom. Tehnica stiintifica care masoara spectrele elementelor este cunoscuta sub denumirea de spectroscopie. Aceasta permite determinarea compozitiei chimice – atomice si moleculare – a tot ceea ce ne inconjoara.

Rezonanta si noile descoperiri in astrofizica

Moleculele au si ele propria lor amprenta (care este mai complexa decat cea a atomului, deoarece sunt implicate mult mai multe moduri de vibratii). Ea poate fi descompusa in diferitele vibratii care provin de la atomii sai interconectati.

Unul dintre cele mai frumoase moduri de a privi tabelul periodic este cu ajutorul spectrelor de emisie ale elementelor, asa cum se arata mai jos.

Spectroscopia este o tehnologie bazata pe mecanica cuantica si nu este folosita doar pentru a determina compozitia chimica a obiectelor, dar este si principalul instrument de cunoastere a mediului chimic din obiectele astronomice, cum ar fi Soarele nostru, si a compozitiei atomice din diferitele straturi ale acestuia.

S-a gasit astfel o asemanare din punct de vedere spectroscopic intre stele si gaurile negre. S-a descoperit, de asemenea, ca gaurile negre din centrul galaxiilor joaca un rol predominant in formarea acestora.

Astronomii au mai observat gauri negre supermasive care dau nastere stelelor, din materialul ejectat de catre acestea.

Din toate cele de mai sus, putem observa ca rezonanta, vibratia libera a unui corp la frecventa sa naturala, este extrem de importanta, elementara si fundamentala.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

Sursa: nature.com, resonancescience.org.

Credit foto: abc.net.au, sheekgeek.org.

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.