Si se hace sonar una campana en un vacío perfecto y está suspendida por imanes opuestos, ¿alguna vez dejará de sonar?

Question

Hasta donde yo sé, una campana sonaría en un vacío perfecto solo perdería energía y dejaría de sonar debido a la fricción entre la campana y el mecanismo de colgado (debido a la falta de resistencia del aire). ¿Sería teóricamente posible suspender una campana entre dos imanes opuestos u otro dispositivo de suspensión que no requiera contacto físico y, al ser golpeada, hacer que suene para siempre?

Habría el problema de que la campana se movería a un lado cuando fuera golpeada, a menos que estuviera inmovilizada en los cuatro lados por imanes. ¿La fuerza magnética actuaría como un amortiguador y detendría que la campana siguiera sonando o seguiría sonando indefinidamente?

Answer 1

La fricción interna en el metal de la campana eventualmente hará que las vibraciones de sonido lleguen a su fin.

La campana vibra cuando suena, haciendo que sus moléculas sean más energéticas y generando calor. La unión entre las moléculas de la campana resisten las vibraciones, y eventualmente la fuerza de los enlaces moleculares creará suficiente fricción para detener las vibraciones.

Para abordar tu segunda pregunta, consulta este informe de un proyecto para amortiguar las vibraciones de las máquinas aplicando un campo magnético a un portaherramientas: http://dynamicslab.mpe.nus.edu.sg/dynamics/Project0506/thesis0506/Vibration%20damping%20using%20magnetic%20field%20boring%20process.pdf Se encontró que un campo magnético amortiguará las vibraciones del acero, que es tanto conductor eléctrico como magnético, pero es menos efectivo en metales no magnéticos como el aluminio, y está ausente en sustancias no metálicas. ¡Interesantemente, aunque es teóricamente posible que un campo magnético amortigüe las vibraciones, la mayor parte del efecto de amortiguación del ruido logrado en el proyecto se debió a la masa de un electroimán unido al portaherramientas del aparato!

Answer 2

Cualquier cosa que "sujete" la campana, ya sea un perno, una cuerda o un campo magnético, está aplicando una fuerza. Cuando la campana vibra, esta vibración será transmitida. Esto se debe a que la fuerza de un imán es una función de la posición: solo puedes obtener atracción magnética debido a una divergencia del campo, por lo que si te mueves, la fuerza cambia y este cambio será "sentido" por el imán.

Obviamente, este puede ser un acoplamiento muy débil, pero estará presente. Si colocas un estetoscopio contra el imán, es posible que puedas escuchar la campana, débilmente.

"¡Ah!", dices, "¿qué pasa si simplemente enviamos la campana al espacio profundo, sin ninguna fuerza actuando sobre ella y sin molestas moléculas de aire que la frenen?". Bueno, puede vibrar durante mucho tiempo, pero no para siempre. Cualquier vibración mecánica macroscópica está sujeta a pérdidas, por lo general, la fricción de las moléculas entre sí durante la flexión y estiramiento del material en la campana causará cierto calentamiento interno. Sin embargo, incluso un objeto "perfectamente" elástico experimentaría alguna pérdida porque las cargas eléctricas que componen los átomos en el material están acelerando, y como sabes, las cargas aceleradas emiten radiación electromagnética. Ahora, ese efecto es, por supuesto, absolutamente pequeño para átomos en una campana moviéndose a frecuencias acústicas, pero "para siempre" es un tiempo muy largo, por lo que debemos considerar los efectos más pequeños.

Ver también esta respuesta anterior que aborda una pregunta muy similar.

Answer 3

Sí, esto se detendrá. Cuando suena la campana, un lado se acerca al imán y el otro se aleja. Esto hace que la fuerza en una dirección tire del lado mientras retrocede, deteniendo eventualmente al imán. Si ignoramos esto, la campana aún se detendrá, considerando la fuerza de gravedad y cómo detiene todo movimiento armónico simple eventualmente. Además, la vibración generará calor, y la energía térmica vendrá de la vibración.

Answer 4

Si se suspende en un campo magnético, entonces el repique causará una perturbación en el campo. Esto provocará la radiación de energía electromagnética.

Lo mismo ocurre con la fuerza gravitacional que la campana ejerce sobre sí misma. El repique causará una radiación gravitacional (pérdida) de energía.

Suponiendo que la campana tenga el tamaño y la densidad de un agujero negro grande, la pérdida debida a la energía gravitacional seguirá siendo demasiado pequeña para ser detectada. La pérdida debido a la radiación electromagnética en un campo magnético es mayor, pero aún mucho menor que las pérdidas radiadas como radiación térmica.