Índex

        Pràctica: Ressonància amb dues copes i sorra

Tesla i les ones electromagnètiques: les ones de ràdio

Ara ja sabem que Tesla, apart de treballar en el camp dels motors i generadors d'inducció electromagnètica, també va inventar la ràdio. Com ja haureu après a classe, les ones de ràdio són ones electromagnètiques que es generen pel moviment accelerat de partícules elèctriques. Aquest moviment produeix pertorbacions al voltant de la partícula, que és el que anomenen ones. Les partícules elèctriques en moviment generen un camp elèctric variable i aquest camp, al mateix temps, genera un camp magnètic. Els dos camps són perpendiculars entre si i perpendiculars a la direcció de propagació de l'ona, com veiem a la següent imatge:  

Gràfic que mostra la forma de propagació d'ones electromagnètiques.

 

I per què són tant importants les ones electromagnètiques? Doncs perquè són una forma de transportar energia per l'aire i pel buit (fins i tot es poden transmetre per l'espai exterior), sense necessitat de cap suport material per a la seva propagació. 

Podem emetre un senyal des d'un emisor (el punt on es genera l'ona) i rebre-la en un receptor (el punt on arriba l'ona). D'aquesta manera es pot enviar informació convertida en senyal en forma d'ona electromagnètica. El receptor descodifica aquest senyal per a llegir la informació que s'ha rebut. 

Les ones electromagnètiques s'usen, per exemple, per a les emissions de ràdio: es fan oscil·lar electrons al llarg d'una antena i, d'aquesta manera, es transmeten les ones de ràdio per l'aire. El problema és que per l'aire viatgen moltes ones. Com les diferenciem?, doncs per la seva freqüència (recordem que és el numero de vegades que es repeteix l'ona per cada segon) i per la seva longitud d'ona. S'ha de tenir en compte que com major és la freqüència, menor és la longitud d'ona, i com menor és la longitud d'ona, més li afecten a la seva propagació els obstacles que es troba l'ona al seu camí (núvols, pluja, muntanyes, edificis...). Les ones de ràdio són de les que més longitud d'ona tenen.

Esquema de com es generen les ones de ràdio. (Traducció de l'original)

 

Un dels primers transmissors de ràdio utilitzats per Tesla entre 1896 i 1899.

Patent original de 1896 d'un dels primers radiotransmissors de Tesla.

Tornar a l’Índex

Tesla i les ones mecàniques: l'efecte de ressonància i "la màquina de terratrèmols"

Ara que ja hem fet aquest repàs a les ones electromagnètiques, anem a parlar d'un altre tipus d'ones, les ones mecàniques. Aquestes ones sí que necessiten un mitjà material per a propagar-se. Tesla també va experimentar amb aquest tipus d'ones i va inventar un aparell força curiós que rebia l'impactant nom de "la màquina de terratrèmols".

Però, abans d'entrar a parlar d'aquesta curiosa màquina, hi ha un concepte força important pel que fa a les ones que convé recordar: el cicle. Un cicle és el temps necessari per a completar una longitud d'ona. Qualsevol punt en el cicle d'una ona s'anomena angle de fase (recordem que el cicle sencer és de 360 graus, passant per 0, 90, 180 i 270 graus). Si dues ones de la mateixa alçada (amplitud) coincideixen en fase, arribant als seus pics  al mateix temps (juntes a 90 graus o juntes a 270 graus), el resultat és una ona d'idèntica frecuència que les anteriors pero del doble d'amplitud. És a dir, quan coincideixen vàries ones oscil·lant a la vegada, amb la mateixa freqüència i es troben en fase, s'uneixen i es sumen els seus efectes. Pel contrari, si arriben als seus pics al mateix temps però en direccions contràries (una a 90 graus i l'altra a 270 graus), s'anul·len mútuament i desapareixen. 

Gràfics on veiem representats la freqüència i el cicle d'una ona amb les seves fases. (Traduït de l'original).

Aques fenomen de multiplicació d'amplituds per coincidència d'ones s'anomena ressonància, i és un dels molts camps de la física que també va estudiar Tesla. Heu vist algun cop la imatge, al cine o a la televisió, d'un o una cantant que fa esclatar copes de vidre amb la seva veu? Doncs això es deu a aquest fenomen de ressonància. 

Gràcies a la ressonància, amb un registre de veu adequat i molta pràctica, pots trencar copes de vidre cantant.

Tots els cossos estan formats per molècules (conjunts d'àtoms) que són capaçes de vibrar a una o vàries freqüències característiques anomenades freqüències de ressonància. En el cas del vidre, una vibració continuada (ones periòdiques) a la seva freqüència de ressonància pot arribar a trencar-lo si aquesta vibració sobrepassa el límit elàstic del vidre. El límit elàstic d'un material depèn de la seva composició; quan es supera aquest límit el material es trenca. El cantant o la cantant trenquen la copa perquè la seva veu emet unes ones a la mateixa freqüència de ressonància del vidre i prolonguen aquesta emissió fins que es converteixen en ones periòdiques, la vibració supera el límit elàstic del vidre i la copa, finalment, es trenca. No es trenca, com molt sovint creiem, per cantar en un to molt agut (molt alta freqüència), sinó per cantar a la freqüència de ressonància del vidre i amb unes vibracions que es prolonguen fins que superen el límit elàstic de la copa. 

Bé, doncs agafant l'exemple de la copa, Tesla era capaç de trobar les freqüències de ressonància dels materials dels edificis i segons ell, amb una sèrie de cops molt febles però perfectament sincronitzats creava una ona que per ressonància augmentava fins a fer tremolar l'edifici sencer.

Un tranquil dia de 1898 els veïns de diversos blocs dels barris Xinès i Italià de Manhattan van començar a experimentar un tremolor que aviat va començar a sacsejar tots els edificis i trencar cristalls, provocant que la gent sortís espantada als carrers. La policia, després de comprovar que el tremolor succeïa només en aquella petita part de la ciutat i sospitant qui podia ser el causant, va enviar dos agents al laboratori de Tesla, que es trobava al cor de la zona. Just abans d'entrar a l'edifici van notar que el tremolor parava, i en traspassar la porta del laboratori, els va rebre un home alt i prim, amb bigoti, elegantment vestit i armat amb un martell, dient-los:

Cavallers, ho sento. Han arribat tard per contemplar el meu experiment. He vist necessari detenir-lo de forma sobtada i inesperada… i d'una forma inusual”. (Va afegir mirant el martell).

El causant d'aquell incident havia estat un petit oscil·lador electromecànic amb el qual Tesla estava experimentant aquell dia per a la seva recerca en la ressonància mecànica. Després de col·locar-lo sobre un pilar del seu laboratori, la vibració provocada va començar a estendre's pels subterranis de l'edifici cap als edificis propers creant el caos entre els seus veïns. Tan inmers i fascinat estava que fins que no va notar que tot el seu laboratori estava tremolant no va decidir finalitzar l'experiment de forma contundent donant-li un cop de martell a l'oscil·lador.

Oscil·lador de Tesla de 1898 al museu de Belgrad (al fons també es veu una bobina de Tesla).

En una entrevista a un diari, l'inventor li va assegurar al periodista que en menys d'una hora podria fer caure el pont de Brooklyn. I va arribar a afirmar que, amb una màquina adequada i dinamita, seria capaç de trencar La Terra per la meitat. Potser Tesla era una mica exagerat! En realitat, el seu oscil·lador no podia provocar autèntics terratrèmols però, com heu vist, l'efecte de ressonància que provocava sí que podia donar més d'un bon ensurt! 

Tornar a l’Índex

A continuació realitzarem una pràctica per a experimentar amb l'efecte de ressonància i comprendrem millor la fascinació de Tesla per aquest fenomen. Tranquils, que no provocarem cap terratrèmol! Experimentarem amb dues copes de vidre, aigua i sorra per a "dibuixar" ones estacionàries. Podeu descarregar-vos el guió de la pràctica amb les instruccions en el següent enllaç:

RESSONÀNCIA AMB DUES COPES I SORRA.pdf