Una copa de cristal puede romperse teóricamente si se excita su frecuencia de resonancia con una onda de sonido lo suficientemente intensa. Esto ocurre debido a la resonancia mecánica, un fenómeno donde una estructura vibra con amplitud creciente al recibir energía en su frecuencia natural.
Las copas de vidrio presentan modos de vibración flexionales. El más relevante en este caso es el modo de flexión fundamental, en el que los bordes de la copa se expanden y contraen alternadamente, creando un patrón de ondas estacionarias alrededor del borde.
Las frecuencias de resonancia de una copa de vidrio típica varían dependiendo de su tamaño, espesor y composición. Suelen estar en el rango de 500 Hz a 4 kHz, que es alcanzable por la voz humana, especialmente por sopranos o tenores con tonos agudos potentes.
Ahora bien, no es fácil romper una copa de vidrio con la voz porque se necesitan tres condiciones clave:
- Igualar la frecuencia de resonancia exacta de la copa.
- Cantar con suficiente potencia sonora (al menos 100 dB a la frecuencia correcta).
- Que la copa tenga una estructura frágil adecuada para fracturarse.
En la mayoría de los casos en los que se ha roto una copa, se ha utilizado un micrófono y un altavoz para aumentar la potencia del sonido.
En un avión
De forma análoga, las piezas metálicas de un avión pueden experimentar fallas por fatiga inducida por vibraciones debido a la resonancia, aunque los mecanismos físicos son más complejos que en una copa de vidrio.
Las estructuras metálicas pueden tener varios modos normales de vibración, que incluyen:
- Modos de flexión (similares a los de la copa)
- Modos de torsión (rotación en torno a un eje)
- Modos longitudinales (compresión y expansión a lo largo del material)
- Modos de pandeo (deformaciones fuera del plano en placas y alas)
Las frecuencias de resonancia en estructuras metálicas dependen de su geometría y composición. En aeronaves, los modos críticos pueden estar en el rango de Hz a kHz:
- Componentes grandes como alas o fuselaje: resonancia en el rango de 10 a 500 Hz.
- Piezas más pequeñas como tornillos o paneles: pueden resonar en el rango de kHz.
La fatiga por vibración puede llevar a fallas estructurales, incluso sin un impacto repentino, si las oscilaciones ocurren repetidamente (fenómeno conocido como fatiga resonante).
