La risonanza è una condizione fisica che si verifica quando un sistema oscillante forzato viene sottoposto a sollecitazione periodica di frequenza pari all'oscillazione
propria del sistema stesso.
Nel 1665 il fisico e matematico olandese
Christian Huygens, tra i primi a postulare la teoria ondulatoria
della luce, osservò che, disponendo a fianco e sulla stessa parete due
pendoli, questi tendevano a sintonizzare il proprio movimento
oscillatorio, quasi che "volessero" assumere lo stesso ritmo.
Dai suoi studi deriva quel fenomeno che oggi chiamiamo 'risonanza'. Nel
caso dei due pendoli, si dice che uno fa risuonare l'altro alla propria
frequenza.
Allo stesso modo e per lo stesso principio, se si percuote
un diapason, che
al giorno d'oggi produce onde alla frequenza fissa "incriminata" di 440 Hz, e lo si pone vicino a un
secondo diapason 'silenzioso', dopo un breve intervallo quest'ultimo
comincia anch'esso a vibrare.
Un fenomeno di risonanza provoca in genere un aumento significativo
dell'ampiezza delle oscillazioni, che corrisponde ad un notevole
accumulo di energia all'interno del sistema sollecitato.
In un fenomeno di risonanza, un sistema interagisce con una forza
periodica esterna, che corrisponde a una certa quantità di energia
trasmessa e ad un corpo che si muove con moto armonico.
Un esempio è
quello dell'altalena, dove abbiamo:
-
l'eccitatore
(ragazzo che spinge);
-
il sistema altalena+ragazzo (risonatore).
Se la
spinta è di una certa entità, nel punto in cui si inverte la direzione
del moto dell'altalena, questa raggiungerà un'altezza maggiore ad ogni
spinta. Il valore che deve avere la spinta dipende dalle proprietà del
risonatore.
L'eccitatore e il risonatore si dicono in sincronismo.
La
risonanza può arrivare a distruggere il sistema per l'eccessivo
accumulo energetico.
Si
veda l'impressionante
esempio sotto
riportato, in
cui la risonanza meccanica porta alla distruzione del Ponte di Tacoma
(1940):
Nei sistemi smorzati da attrito viscoso
(quindi in genere tutti gli oscillatori reali) la massima ampiezza
delle oscillazioni indotte al sistema si ha quando la frequenza di
sollecitazione è leggermente minore della frequenza propria. Tuttavia
tale differenza diminuisce col diminuire del coefficiente di
smorzamento.
Infatti la pulsazione che genera un'ampiezza massima è: , dove ω0 è la pulsazione propria del sistema, e γ è il coefficiente
di smorzamento.
Questo avviene solo nel caso che sussista la disuguaglianza
(smorzamenti deboli). Diversamente la condizione di risonanza non
genera alcun massimo di ampiezza al variare della sollecitazione
esterna.
Spesso per condizione di risonanza si intende proprio quando la frequenza di sollecitazione è quella che genera la massima ampiezza di oscillazione del sistema.
Un corpo capace di vibrare con una determinata frequenza, se viene
investito da un’onda della stessa frequenza, inizia a vibrare, ma tutti
gli altri no.
La frequenza di risonanza dell'acqua è intorno ai 2.4 Gigahertz.