La física del centrifugado de una lavadora ilustra el concepto de paso a través de una resonancia

Un profesor de física ve en el centrifugado de una lavadora un buen ejemplo para ilustrar en clase el movimiento rotatorio amortiguado y forzado, así como el paso a través de una resonancia natural. El movimiento del eje del tambor de una lavadora es un movimiento armónico forzado con rozamiento y presenta una frecuencia natural de resonancia. Las lavadoras se diseñan para que su frecuencia de rotación (unos 20 Hz) esté alejada de esta resonancia. Pero cuando la lavadora se pone en modo de centrifugado, la velocidad del tambor es acelerada pasando a través de la frecuencia de resonancia hasta un valor mayor, donde se mantiene constante hasta volver a desacelerar de nuevo al finalizar. Cuando el tambor pasa a través de la resonancia, el eje del tambor realiza un movimiento resonante con una amplitud muy grande (para un tambor de unos 20 cm. de radio puede llegar a oscilar con una amplitud máxima de hasta 5 cm.). El vídeo youtube que abre esta entrada muestra el paso a través de esta resonancia. Nos lo ilustra (con fórmulas matemáticas y el correspondiente análisis físico, por otro lado elemental) Mark Denny (Columbia Británica, Canadá), “More physics in the laundromat,” American Journal of Physics 78: 1397-1399, December 2010. Por cierto, como modelo del tambor utiliza un péndulo invertido estabilizado por la fuerza de Coriolis desarrollado por Kirk T. McDonald (profesor de la Univesidad de Princeton, Nueva Jersey, EE.UU.), “Physics in the laundromat,” American Journal of Physics 66: 209-213, March 1998; versión gratispreprint gratis). Denny añade al modelo de McDonald el efecto de la fricción y estudia el paso a través de la resonancia. Un buen ejemplo de cómo los profesores de física de primer curso pueden incorporar la vida cotidiana a sus cursos.

Por cierto, para cursos avanzados de mecánica y mecanismos, y para los cursos de control, puede ser una buena ilustración para los alumnos el estudio de cómo gracias a amortiguadores se pueden reducir las vibraciones y el ruido de las lavadoras durante el paso a través de la resonancia. Hay varias fuentes en internet, pero a mí me ha gustado Cristiano Spelta et al., “Control of magnetorheological dampers for vibration reduction in a washing machine,” Mechatronics 19: 410-421, April 2009; como no es de acceso gratuito, recomiendo de los mismos autores Cristiano Spelta et al., “Vibration Reduction in a Washing Machine via Damping Control,” Proceedings of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control, Seoul, Korea, July 6-11, 2008.