martes, 22 de mayo de 2012

Metrónomos sincronizados

Un grupo de metrónomos se sincroniza solo

La sincronización es el procesos por el cual determinados fenómenos ocurren en un orden predefinido o a la vez. Se habla de sincronización en dinámica de sistemas físicos cuando dos o más sistemas interactúan entre sí para lograr un movimiento común, pero también hay ejemplos psicología: cuando los espectadores de una obra aplauden todos juntos a la vez, o en biología: los grillos y chicharras sincronizan sus cantos, las células en el corazón laten al unísono, algunas luciérnagas producen su destello en sincronía, etc.  


Los primeros análisis científicos conocidos de sincronización se remontan a 1657 cuando Christiaan Huygens construyó el primer reloj de péndulo funcional y estudió sistemas de dos relojes de péndulo montados sobre una base común. Observó que si los relojes empezaban a oscilar con la misma frecuencia pero fuera de fase, el movimiento se sincronizaba después de un transitorio de media hora, aproximadamente. Huygens pasó algún tiempo estudiando este fenómeno curioso. Hoy en día, la sincronización es un tema fundamental  de investigación en los fenómenos no lineales.

Una variante del sistema original de Huygens es el de los metrónomos de péndulo sobre una base plana. El sistema consta de un grupo de metrónomos de péndulo colocados sobre una tabla ligera de madera que se apoya sobre dos latas vacías, como en el siguiente vídeo:


Sistema de metrónomos  péndulo acoplados.
Radio Universidad Nacional del Litoral. Vídeo: fisicaalacarta.

Breve explicación

Se ajustan los metrónomos para que oscilen a la misma frecuencia (presstisimo, la más rápida a 208 pulsaciones por minuto), pero en contrafase (a destiempo). Los metrónomos oscilan de esta forma durante unos 10 a 20 segundos y a continuación, en el transcurso de un minuto, el sistema evoluciona hacia un estado estacionario de sincronización. La diferencia de frecuencia entre los péndulos se debe establecer con algo de cuidado, ya que si las frecuencias naturales de los dos péndulos difiere en más de un pequeño tanto por ciento, la sincronización no se producirá.



¿Cómo se sincronizan? Al colocar la base de madera sobre las latas, se forma un sistema traslacional en una dirección, es decir, la base puede desplazarse de izquierda a derecha. Cuando la mayoría de los péndulos se mueven hacia la derecha, la base se mueve hacia la izquierda a causa de la conservación del centro de masa del sistema (se conserva la cantidad de movimiento). Al moverse la base a la izquierda, empuja a los péndulos de los otros metrónomos hacia la derecha -es decir, en la misma dirección que los péndulos anteriores-. Así, el péndulo que anda más rápido les da un empujón (a través de la base) a los metrónomos más lentos logrando aumentar ligeramente su velocidad en cada ciclo. Al cabo de varios ciclos, terminan marchando al unísono. De esta manera, los metrónomos que antes funcionaban de forma individual, ahora quedaron acoplados entre sí formando un único sistema.

No debe confundirse este fenómeno de sincronización con el de resonancia, donde un oscilador responde a una excitación periódica conocida.

Cuando se quitan las latas de abajo, la tabla de madera que hace como base a los metrónomos queda fija, y el sistema no puede desplazarse más de un lado al otro. Como las frecuencias de los metrónomos no son exactamente iguales, sino que cada uno oscila con una frecuencia ligeramente diferente de los demás, esa diferencia hace que al cabo de un rato se observe que vuelven a perder la sincronía.





Fuentes:
J. Pantaleone, Synchronization of Metronomes, American Journal of Physics 70 (10) 992-1000 October (2002)

2 comentarios:

  1. si que es interesante, mi cerebro tiende a pensar que es lo lógico, cuando lo lógico es que siguieran des sincronizados ummmm

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