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Onda de Faraday

Las ondas de Faraday observadas en el agua en una placa de Petri vibraban a una frecuencia de unos 50 hercios.
Faraday hace ondas en un cuenco cantor

Las ondas de Faraday , también conocidas como ondulaciones de Faraday , llamadas así en honor a Michael Faraday (1791–1867), son ondas estacionarias no lineales que aparecen en líquidos encerrados en un recipiente vibrante. Cuando la frecuencia de vibración excede un valor crítico, la superficie hidrostática plana se vuelve inestable. Esto se conoce como inestabilidad de Faraday . Faraday las describió por primera vez en un apéndice a un artículo en Philosophical Transactions of the Royal Society of London en 1831. [1] [2]

Si se coloca una capa de líquido sobre un pistón que oscila verticalmente, aparece un patrón de ondas estacionarias que oscila a la mitad de la frecuencia de activación, dados ciertos criterios de inestabilidad . [3] Esto se relaciona con el problema de la resonancia paramétrica . Las ondas pueden tomar la forma de rayas, hexágonos muy juntos o incluso cuadrados o patrones cuasiperiódicos . Las ondas de Faraday se observan comúnmente como rayas finas en la superficie del vino en una copa de vino que suena como una campana. Las ondas de Faraday también explican el fenómeno de la "fuente" en un cuenco cantor .

La onda de Faraday y su longitud de onda son análogas a la onda de De Broglie con la longitud de onda de De Broglie en la teoría de De Broglie-Bohm en el campo de la mecánica cuántica . [4]

Solicitud

Montaje de microesferas sobre ondas de Faraday. [5]

Las ondas de Faraday se utilizan como una plantilla basada en líquido para el ensamblaje dirigido de materiales a microescala, incluyendo materia blanda , cuerpos rígidos , entidades biológicas ( por ejemplo , células individuales, esferoides celulares y microesferas portadoras sembradas con células ). [5] A diferencia de la plantilla basada en sólidos, esta plantilla basada en líquido se puede cambiar dinámicamente ajustando la frecuencia vibratoria y la aceleración y generar diversos conjuntos de patrones simétricos y periódicos.

Los caimanes también utilizan este fenómeno para llamar a sus parejas. Hacen vibrar sus pulmones a frecuencias bajas ligeramente por debajo de la superficie, lo que hace que sus púas se muevan e induzcan ondas superficiales. Estas ondas superficiales son básicamente ondas de Faraday y se puede observar el efecto de salpicadura característico de ciertas resonancias. [6] [7]

Este efecto también se puede utilizar para mezclar dos líquidos acústicamente. Las ondas de Faraday se forman en la interfaz entre los dos líquidos, lo que aumenta el área de superficie entre ambos, mezclándolos rápida y completamente. [8]

Véase también

Referencias

  1. ^ Faraday, M. (1831) "Sobre una clase peculiar de figuras acústicas; y sobre ciertas formas que adopta un grupo de partículas al vibrar sobre superficies elásticas", Philosophical Transactions of the Royal Society (Londres) , vol. 121, págs. 299-318. Las "ondas de Faraday" se analizan en un apéndice del artículo "Sobre las formas y estados que adoptan los fluidos en contacto con superficies elásticas vibrantes". Este artículo completo también está disponible en línea (aunque sin ilustraciones) en "Electronic Library".
  2. ^ Otros que investigaron las "ondas de Faraday" incluyen: (1) Ludwig Matthiessen (1868) "Akustische Versuche, die kleinsten Transversalwellen der Flüssigkeiten betreffend" (Experimentos acústicos sobre las ondas transversales más pequeñas de líquidos), Annalen der Physik , vol. 134, págs. 107-17; (2) Ludwig Matthiessen (1870) "Über die Transversalschwingungen tönender tropfbarer und elastischer Flüssigkeiten" (Sobre las vibraciones transversales de líquidos elásticos y de baja viscosidad resonantes), Annalen der Physik , vol. 141, págs. 375–93; (3) John William Strutt (Lord Rayleigh) (1883), "Sobre las crispaciones de fluidos que descansan sobre un soporte vibrante", Philosophical Magazine , vol. 16, págs. 50-58; (4) Thomas Brooke Benjamin y Fritz Joseph Ursell (1954), [1]"La estabilidad de la superficie libre plana de un líquido en movimiento periódico vertical" Actas de la Royal Society A , vol. 225, número 1163.
  3. ^ Wright, PH; Saylor, JR (septiembre de 2003). "Modelado de películas de partículas mediante ondas de Faraday" (PDF) . Review of Scientific Instruments . 74 (9): 4063–70. Bibcode :2003RScI...74.4063W. doi :10.1063/1.1602936 . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
  4. ^ "John WM Bush: La mecánica cuántica en sentido amplio" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 15 de diciembre de 2017 . Consultado el 21 de octubre de 2010 .
  5. ^ ab P. Chen, Z. Luo, S. Guven, S. Tasoglu, A. Weng, AV Ganesan, U. Demirci, Advanced Materials 2014, 10.1002/adma.201402079. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402079/abstract
  6. ^ Powell, Devin (25 de mayo de 2011). "Los caimanes machos cachondos braman con sus púas traseras". Wired . Consultado el 4 de mayo de 2016 .
  7. ^ Moriarty, Peter; Holt, R. Glynn (2011). "Ondas de Faraday producidas por sustratos periódicos: imitando la danza acuática del caimán". Revista de la Sociedad Acústica de Estados Unidos . 129 (4): 2411. Código Bibliográfico :2011ASAJ..129.2411M. doi :10.1121/1.3587858.
  8. ^ "Cómo se mezcla la RAM".

Enlaces externos