In un orologio si cerca di mantenere costante la velocità del pendolo fornendo ad ogni ciclo una spinta pari all’energia dissipata per gli attriti se io fornisco un’energia superiore a quella dissipata, cosa succede all’ampiezza dell’oscillazione? In altre parole se io, ad ogni ciclo spingo un po’ di più come un altalena? E che analogie ci sono con le oscillazioni dovute alle onde sonore?
Caro lettore,
nell'ipotesi di assenza di attriti il moto del pendolo semplice è un tipico moto armonico la cui ampiezza di oscillazione e il cui periodo si manterranno all’infinito. Al contrario, un pendolo reale sperimenterà un moto smorzato, dovuto all’azione dell’attrito dell’aria, del punto di appoggio del filo etc. Per questo, negli orologi a pendolo esistono dei meccanismi particolari, detti scappamenti, che compensano ad ogni ciclo la dissipazione dovuta all’attrito. Se ad ogni ciclo, quindi con la stessa frequenza dell’oscillazione, fornisco una energia anche leggermente maggiore di quella di compensazione, otteniamo il fenomeno della “risonanza” ovvero un incremento dell’ampiezza dell’oscillazione ad ogni ciclo. L’esempio da te citato è proprio il tipico caso in cui la spinta viene data quando l’altalena torna indietro, al massimo della sua oscillazione, e comincia a tornare in avanti. Da notare che l’ampiezza dell’oscillazione aumenta ad ogni ciclo ma non la sua frequenza, che rimane costante. Per innescare il fenomeno della risonanza è essenziale che l’azione esterna sia sincrona con l’oscillazione che voglio incrementare.
Un esempio famoso e tragico di risonanza è il crollo del ponte sospeso di Angers in Francia avvenuto nel 1850. L’occasione fu il passaggio di un battaglione di soldati che marciavano al passo. I colpi dei piedi fecero vibrare il ponte in modo tale da amplificarne le oscillazioni spontanee, proprio come nell’esempio dell’altalena. Le oscillazioni si amplificarono così tanto che riuscirono a staccare i cavi che sorreggevano il ponte dal loro ancoraggio. Il crollo provocò centinaia di vittime tra i soldati.
Il fenomeno della risonanza è sfruttato anche in molti strumenti musicali, come le chitarre o i violini, che sono dotati di una cassa armonica, progettata in modo tale da vibrare, insieme all’aria contenuta, alle stesse frequenze generate dalle corde. In questo modo, la pressione periodica dell’aria generata dal movimento delle corde è in grado di far vibrare in modo efficace la cassa armonica ottenendo così un suono udibile. Nello stesso modo un diapason percosso da un martelletto può farne vibrare un altro posizionato accanto solo se i due diapason hanno la stessa frequenza di vibrazione.
Visti tutti gli esempi fatti, la risposta all’interrogativo principale delle tua domanda “Si può accelerare un suono?” è no, non si può accelerare, nel senso di aumentare la sua velocità di propagazione che è una costante dovuta al mezzo che lo trasmette (in aria e a temperatura ambiente circa 1235 km/h), ma lo si può amplificare rendendolo più intenso, proprio grazie al fenomeno della risonanza.