¿Qué tienen en común una guitarra, un microondas y un rascacielos?

Publicado el 25 de Marzo de 2025 | Física y Química

La resonancia está presente en muchos aspectos de nuestra vida. Cuando tocamos una guitarra, la vibración de sus cuerdas resuena en frecuencias específicas que se amplifican en su caja. En la cocina, el microondas calientan los alimentos haciendo vibrar sus moléculas de agua a la frecuencia de resonancia. Para obtener una imagen del interior de nuestro cuerpo, se puede hacer una resonancia magnética utilizando ondas de radio que hacen vibrar los protones de nuestros átomos de hidrógeno.

Pero la resonancia no solo se manifiesta amablemente en la música, la cocina o la medicina, sino también con efectos que pueden ser catastróficos en estructuras como puentes y edificios, ya que cuando la frecuencia de las ondas sísmicas coincide con la frecuencia natural de una edificación, sus oscilaciones pueden amplificarse peligrosamente, aumentando el riesgo de colapso.

Un ejemplo sorprendente de los efectos de la resonancia en estructuras ocurre con los pelotones militares al cruzar un puente. Cuando un grupo de soldados marcha al mismo ritmo, sus pisadas generan una vibración periódica que puede coincidir con la frecuencia natural del puente, amplificando sus oscilaciones peligrosamente debido al fenómeno de la resonancia. De hecho, existen registros históricos de puentes que han colapsado por este motivo, como el puente de Broughton en Inglaterra en 1831, donde un grupo de soldados británicos provocó su derrumbe al marchar al unísono. Para evitar este riesgo, los pelotones militares rompen el paso al cruzar los puente, asegurando que sus pisadas sean irregulares y no generen un patrón que pueda desestabilizar la estructura.

Aplicación en el aula

Es habitual leer en la prensa que distintos movimientos sísmicos han afectado diversas regiones del mundo. Estos eventos nos recuerdan la importancia de comprender cómo las estructuras responden a las vibraciones del suelo y cómo los ingenieros diseñan edificaciones para resistir estos fenómenos. Durante un terremoto, el suelo vibra a diferentes frecuencias. Si la frecuencia de las ondas sísmicas coincide con la frecuencia de resonancia de un edificio, se amplificará el movimiento, aumentando las posibilidades de colapso.

Te proponemos preparar un simulador sísmico casero para ilustrar cómo el período de oscilación de un edificio depende de su altura y masa. En un terremoto, las vibraciones de baja frecuencia afectan más a los rascacielos, mientras que las vibraciones de alta frecuencia impactan más a los edificios bajos.

Para realizar este experimento necesitarás una base firme, como una tabla de madera o una plataforma de cartón rígido, sobre la cual fijarás tres varillas de diferentes alturas, que pueden ser pajillas, varillas de plástico o madera delgada. Para asegurar las varillas en posición vertical, utilizarás masilla adhesiva o plastilina.

1. Fija las tres varillas de diferentes alturas en la base con masilla adhesiva o plastilina, asegurándote de que queden bien sujetas en posición vertical.

2. Toma la base con la mano y muévela suavemente de un lado a otro para simular un temblor.

3. Observa cómo cada varilla responde al movimiento. Notarás que algunas varillas vibran con mayor intensidad que otras según la frecuencia del movimiento.

4. Ajusta la velocidad de la vibración de modo que cambie la varilla que entra en resonancia y oscila con mayor amplitud.

Los estudiantes podrán observar que cada varilla tiene su propia frecuencia de oscilación y que, si se mueve la base a una frecuencia similar a la de una varilla específica, esta oscilará con mayor amplitud, demostrando el efecto de la resonancia mecánica.

Para finalizar la sesión, invita a tus estudiantes a reflexionar sobre cómo la resonancia mecánica influye en la construcción de infraestructuras seguras, como ocurre con los amortiguadores de masa en rascacielos, los aisladores sísmicos en la base de los edificios y el uso de materiales flexibles en la construcción de puentes para evitar que entren en resonancia con el viento o el paso de vehículos.

Por Lucía García