Por que todos os corpos tendem a vibrar de uma maneira mais intensa numa única frequência ? De que modo podemos aproveitar este fenômeno na construção de instrumentos musicais e outros dispositivos? Tudo isso será explicado de maneira simples neste artigo em que analisamos o fenômenos da ressonância.
Como sabemos, o som consiste em vibrações que se propagam por um meio material. No caso do ar estas ondas são de compressão e descompressão, com zonas de maior ou menor densidade, conforme mostra a figura 1.
Num objeto de metal ou outro sólido podemos ter tanto ondas longitudinais como transversais. Na figura 2 mostramos dois casos em que isso acontece.
A maneira como um corpo vibra quando batemos nele depende de suas características físicas tais como o formato, o tipo de material e o tamanho.
No caso de um tubo, por exemplo, se soprarmos em sua boca, as vibrações tendem a se propagar e refletir no seu fundo voltando para a boca. Esta volta faz com que ocorra um fenômeno de interferência, ou seja, a onda “que vai” perturba a que vem e o resultado é que o ar no interior do tubo se vê obrigado a vibrar de uma única maneira.
Esta maneira é justamente aquela em que o ponto de menor intensidade fica no fundo e o de maior intensidade na boca.
Considerando uma onda, conforme mostra a figura 3, vemos então que o tubo tende a vibrar de modo que seu comprimento corresponda a 1/4 do comprimento da onda do som correspondente.
Veja então que, quanto maior for o tubo, maior será o comprimento da onda do som em que ele tende a vibrar e, portanto, mais grave o som.
Soprando então na boca de diversos tubos de tamanhos diferentes, conforme mostra a figura 4, temos a produção de sons de frequências ou comprimentos de ondas diferentes, e com isso a elaboração de um instrumento musical simples.
Levando em consideração que a velocidade de propagação do som no ar é de aproximadamente 340 metros por segundo, e que a nota “Lá" básica de qualquer instrumento é de 440 hertz, podemos calcular o tamanho de um tubo que dê esta nota quando soprado.
Fazemos então:
V = L x f
Onde:
V = velocidade do som em metros por segundo
L = comprimento da onda em metros
f = frequência em Hertz
Calculamos a comprimento da onda:
L = f/V
L = 440/340
L = 1,294m
Dividindo este valor por 4 temos o comprimento do tubo:
X=L/4
X = 0,823 ou 32,3cm
Uma garrafa cheia de água até uma certa altura, de modo a manter uma coluna de ar que pode vibrar, também resulta num dispositivo que responde a uma única frequência.
Um conjunto e garrafas cheias de água até alturas diferentes pode formar uma interessante flauta. (figura 5)
Para o caso de objetos sólidos, a batida faz com que ondas sejam produzidas e reflitam nas extremidades do objeto, num fenômeno semelhante ao que ocorre num tubo.
Assim, existe uma frequência determinada em que as vibrações tendem a ser mais fortes.
Esta frequência, denominada de ressonância, permite a construção de dispositivos denominados “diapasões”.
Um diapasão é basicamente uma forquilha de metal cortada com tais dimensões que quando batemos ou a excitamos de outra forma, ela tende a vibrar numa única frequência. (figura 6)
Os músicos usam um dispositivo deste tipo para afinar seus instrumentos.
Baseados na batida, também podemos fazer uma interessante marimba de garrafas, conforme mostra a figura 7.
A altura do líquido em cada garrafa determina a frequência que ela vai vibrar quando batermos com um pequeno martelo. Quanto mais cheia estiver a garrafa, mais agudo será o som, mas também influi o tamanho da garrafa.
Muitos artistas populares (de circo) usam este instrumento como curiosidade e dele conseguem tirar músicas inteiras.