La teoría de cuerdas y las vibraciones

La teoría de cuerdas representa cuerdas de energía que vibran, pero las cadenas son tan pequeñas que nunca se percibe directamente las vibraciones, sólo sus consecuencias. Para entender estas vibraciones, hay que entender un tipo clásico de onda llamada onda estacionaria - una ola que no parece estar en movimiento.

En una onda estacionaria, ciertos puntos, llamados linfáticos, no parecen moverse en absoluto. Otros puntos, llamados unestañoodas, tener el desplazamiento máximo. La disposición de los nodos y antinodos determina las propiedades de diversos tipos de ondas estacionarias.

El ejemplo más simple de una onda estacionaria es uno con un nodo en cada extremo, tal como una cadena que está fijada en su lugar en los extremos y arrancó. Cuando hay un nodo en cada extremo y sólo un antinodo entre ellos, se dice que la onda vibre a la frecuencia fundamental.

Considere la posibilidad de un salto de la cuerda que se celebra en cada extremo por un niño. Los extremos de la cuerda representan nodos debido a que no se mueven mucho. El centro de la cuerda es el antinodo, donde el desplazamiento es mayor y donde otro niño intentará saltar. Esta es la vibración a la frecuencia fundamental, como se demuestra en esta figura (a).

Si los niños reciben ambicioso, sin embargo, y empezar a poner más energía en el movimiento de las olas de su salto de cuerda, algo curioso sucede.

Eventualmente, los niños bombear suficiente energía en la cuerda que en lugar de una gran antinodo, se crean dos antinodos más pequeños, y el centro de la cuerda parece estar en reposo, como se muestra en la figura (b). Es casi como si alguien agarró el medio de la cuerda y con cautela, pero con firmeza, se mantiene en su lugar!

Un segundo tipo de onda estacionaria se puede considerar si en lugar de un niño que sostiene cada extremo de la cuerda, un extremo está montado en un anillo alrededor de un poste. El niño que tiene un extremo que comience el movimiento de las olas, pero al final en el polo está ahora sin restricciones y se mueve hacia arriba y hacia abajo.

En lugar de tener un nodo en cada extremo, un extremo es un nodo (en poder del niño) y el otro es un antinodo (mueve hacia arriba y hacia abajo en el poste).

Una situación similar ocurre en la música cuando se utiliza un tubo que está cerrado en un extremo y abierto en el otro, como en un órgano. Se forma un nodo en el extremo cerrado del tubo, pero el extremo abierto del tubo es siempre un antinodo.

Un tercer tipo de onda estacionaria tiene un antinodo en cada extremo. Esto representaría ya sea un tubo que está abierto en ambos extremos o una cuerda que es libre de moverse en ambos extremos.

Cuanto más energía que bombea en la onda estacionaria, más forma nodos (ver la figura [c]). La serie de frecuencias que causan nuevos nodos a la forma se llaman armónicos. (En la música, los armónicos se llaman matices.) Las ondas que corresponden a los armónicos se llaman modos normales, o modos de vibración.

Música funciona debido a la manipulación y la superposición de armónicos creados por estos modos normales de vibración. Los tres primeros modos normales se muestran en la figura, donde una cadena está fijado en ambos extremos.

En la teoría de cuerdas, los modos de vibración de cuerdas (y otros objetos) son similares a este ejemplo. De hecho, la materia misma es vista como la manifestación de ondas estacionarias en cuerdas. Diferentes modos de vibración dan lugar a diferentes partículas! Percibimos las partículas de los modos vibracionales más bajas, pero con energías superiores, podemos ser capaces de detectar partículas de otra, de mayor energía.