Calculadora Frecuencia de Resonancia: LC, RLC, muelle, péndulo
Calcula la frecuencia de resonancia f = 1/(2π√LC) para circuitos LC/RLC, sistemas muelle-masa y péndulos. Factor Q, amortiguamiento y periodo. Cuatro modos.
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La resonancia en sistemas oscilantes
La frecuencia de resonancia es la frecuencia natural a la que un sistema oscilante acumula energía eficientemente al ser excitado. En ella la amplitud alcanza el máximo (tendente a infinito sin amortiguamiento). El fenómeno es universal: circuitos electrónicos, cuerdas, puentes suspendidos (el colapso del Tacoma Narrows de 1940 fue resonancia aeroelástica), microondas (agua a ~2,45 GHz). Todo sistema lineal con dos formas acopladas de energía posee resonancia.
Circuito LC ideal
Un circuito LC acopla un condensador C y un inductor L. Sin resistencia, la energía oscila entre ambos a la frecuencia natural f₀ = 1/(2π·√(L·C)). ω₀ = 1/√(LC); T = 2π·√(LC). Ejemplo: L = 100 μH, C = 100 pF → f₀ ≈ 1,59 MHz (banda AM). Fórmula de Thomson (1853), base de radios, TV y RFID.
RLC con amortiguamiento
Añadir resistencia R introduce amortiguamiento adimensional ζ = (R/2)·√(C/L). Subamortiguado ζ1 sin oscilación. Factor de calidad Q = (1/R)·√(L/C) = 1/(2ζ). Q alto = banda estrecha; cristales de cuarzo Q ≈ 10⁵.
Muelle-masa
Ley de Hooke F = −k·x. Frecuencia f = (1/2π)·√(k/m), periodo T = 2π·√(m/k). Ejemplo: m = 1 kg, k = 100 N/m → f ≈ 1,59 Hz. Independiente de la amplitud (aproximación lineal).
Péndulo simple
Pequeñas oscilaciones (<10°): f = (1/2π)·√(g/L), T = 2π·√(L/g). L = 1 m en Tierra → T ≈ 2,006 s. Para amplitudes mayores: T ≈ 2π·√(L/g)·(1 + θ₀²/16).
Otras resonancias
- Péndulo físico: T = 2π·√(I/(m·g·d)).
- Cuerda vibrante: f_n = (n/(2L))·√(T/μ).
- Tubo abierto: f_n = n·v/(2L); cerrado: f_n = (2n−1)·v/(4L).
- Órbitas: T² ∝ a³ (Kepler).
Curva de Lorentz
La respuesta amplitud-frecuencia es una lorentziana centrada en f₀ con FWHM Δf = f₀/Q. Aplicado en sintonización de radio, MRI, instrumentos musicales, sismógrafos.
Cómo usar
Modos: LC, RLC serie, muelle-masa, péndulo simple. Unidades SI. Devuelve ω, T, Q, ζ y clasificación del amortiguamiento.
Aplicaciones
Radios, filtros audio, osciladores de cuarzo, carga inalámbrica Qi (110-205 kHz), MRI, microondas, aislamiento de vibraciones, ingeniería estructural (evitar resonancia sísmica/viento).
Historia de la resonancia
El concepto de resonancia surgió con Galileo (1602) en sus estudios del péndulo y de las cuerdas vibrantes. Christiaan Huygens (1657) construyó el primer reloj de péndulo, explotando su periodo casi independiente de la amplitud. La fórmula de Thomson para el circuito LC (1853) inauguró la electromagnética práctica. En el siglo XX, las catástrofes estructurales (Tacoma Narrows 1940, soldados marchando sobre el puente del Albert Hall, Londres 1831) ilustraron los peligros de la resonancia mecánica. Hoy la resonancia magnética nuclear (RMN/IRM, Bloch y Purcell, Nobel 1952) y los relojes atómicos (basados en transiciones hiperfinas del cesio-133, ν = 9 192 631 770 Hz) son aplicaciones de altísima precisión.
Actualizado a julio de 2026
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