Cómo romper un vaso con la voz

Muchos de nosotros lo hemos visto en las caricaturas y en diversos espectáculos; a una cantante (casi siempre mujer) alcanzando notas tan agudas que permiten romper un vaso. ¿Es por qué cantan mal? ¿Por qué cantan demasiado bien? o acaso, ¿Es una completa mentira?, averigüémoslo.

La voz humana tiene la peculiaridad de ser uno de los instrumentos musicales mas variados y manipulables; puedes cambiar a tu gusto la intensidad, sonido, resonancia, técnica y varios parámetros más. En éste caso, la intensidad y el tono de la voz son los componentes de la voz que nos interesan.

Antes de seguir hablando de voces y canto, recordar que el sonido es un tipo especial de ondas que, a diferencia de las electromagnéticas, necesita de un medio para propagarse, ya sea un líquido, sólido o gas, por que realmente lo que hacen las ondas sonoras es estimular la vibración de las moléculas de la materia, de tal manera que nuestro oído pueda captar ese resultado en la vibración de las moléculas.

Recordemos también que cada material posee una maleabilidad, elasticidad y un arreglo geométrico (red cristalina) distintos. La maleabilidad es la capacidad de un cuerpo para deformarse permanentamente, mientras que la elasticidad lo es para regresar a un estado de reposo después de ser deformado. En el caso del vidrio, éstas propiedades físicas de los cuerpos son prácticamente nulas; puedes deformar a tu gusto un vidrio pero necesitas un gran movimiento molecular (una gran temperatura) para lograrlo.

Definamos "red cristalina" como "que tanto espacio vacío hay en un cuerpo" (una definición tomada con demasiadas pinzas). En los sólidos la red cristalina es muy sólida, por lo que las moléculas no se pueden separar, mientras que en los líquidos es muy "suave" y en los gases prácticamente nula. Ésta otra propiedad es importante para la propagación del sonido, mientras menos maleable sea un material, más difícilmente se propagan las ondas sonoras. Apliquemos todo en dos casos, aire y vidrio.

• En el aire: Aquí, las ondas sonoras viajan con gran libertad, pueden tocar las moléculas que gusten, rebotar y vivir felizmente ya que prácticamente nada las detiene (aunque su energía lo haga, pero esa es otra historia). 
• En el vidrio: El vidrio es el tipo sensible de la clase. Las moléculas están muy unidas, por lo que no es muy deformable y las ondas sonoras apenas y pueden propagarse en el mismo, ¿Qué pasa si nuestras ondas vienen muy fuertes? Pues nuestro vidrio, que no anda nunca de humor para sonidos, se rompe. Et voilà 

Regresemos con la voz. Nosotros vamos a tener que "poner sensible" al vidrio estimulando lo suficiente a las moléculas para romper la red cristalina. La clave está en replicar la frecuencia que es creada cuando tu voz toca suavemente el cristal. Esta frecuencia es llamada frecuencia de resonancia. El sonido característico es causado por la vibración del cristal. Si cantas a la misma frecuencia y lo suficientemente fuerte puedes hacer que el vidrio vibre hasta el grado de romperse. Cada vaso o copa difiere en su frecuencia de resonancia, por lo que no hay una precisa clave para ello.

Peeeero, ¿cómo alcanzamos la frecuencia de resonancia? Para ello, primero hay que detectarla. Toma la copa más cercana y golpéala. ¿Notas ese sonido? (Si no, acércate más). Listo. Tienes ya tu frecuencia de resonancia, ahora canta lo suficientemente fuerte para alcanzar esa frecuencia y lo lograste. ¿Todavía no? ¿Por qué no intentas cantar a 100dB? Bueno, no es tan sencillo, inténtalo así:
¿Tampoco? Espero te conformes con ver que realmente se puede. Si no, aquí tienes éste tutorial en WikiHow ¡Me avisas si lo logras!

El cuarzo y los relojes

Muchos de nosotros hemos leído en nuestros relojes (de pulso o no) la leyenda de "Quartz" o hemos escuchado hablar sobre los relojes de cuarzo pero, ¿Cómo se diferencían de los demás?
En precisión simplemente, una alarmante precisión. Precisión posible gracias al efecto piezoeléctrico que tiene el cuarzo, además de otros cristales.
En 1927, a Warren Marrison le dió por comprimir y estirar los cristales, lo que resultó en un campo eléctrico atómico producido en base a disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas.
Para los relojes de cuarzo, se emplea una parte diferente de dicho efecto: la aplicación de campo eléctrico al cristal logra que éste cambie de forma. Marrison también, en sus épocas de aburrimiento (empleo, creo que lo llaman) se dió cuenta de que al aplicarle una tensión alterna, los cristales vibraban entre 33 mil y 4 millones de veces por segundo, con una increíble precisión (que variaba dependiendo de las características del cristal) logrando que, transcurrido el número de oscilaciones, el segundero se moviera y tras 60 veces esas oscilaciones, el minutero y así sucesivamente, dando origen a uno de los relojes más precisos de la época y que sin duda se comercializó en masa.

¡Pero no tan rápido! Los primeros relojes de cuarzo eran relojes de pared, desafortunadamente hasta la navidad de 1969 los japoneses de Seiko lograron juntar todas las piezas para poder llevar un reloj de cuarzo en la muñeca.

Hoy en día los cuarzos suelen ser sintéticos, producidos con frecuencias determinadas para funciones concretas.

Pero no solo para eso usamos el cuarzo y el efecto piezoeléctrico: Una de las aplicaciones más extendidas de este tipo de cristales son los encendedores electrónicos. En su interior llevan un cristal piezoeléctrico que es golpeado de forma brusca por el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada concentración de carga eléctrica, capaz de crear un arco voltaico o chispa que encenderá el mechero.

Otra de las importantes aplicaciones de un cristal piezoeléctrico es su utilización como sensor de vibración. Cada una de las variaciones de presión producidas por la vibración provoca un pulso de corriente proporcional a la fuerza ejercida. Se ha convertido de una forma fácil una vibración mecánica en una señal eléctrica lista para amplificar. Basta con conectar un cable eléctrico a cada una de las caras del cristal y enviar esta señal hacia un amplificador. Por ejemplo, en pastillas piezoelétricas de guitarra.

Otra aplicación muy importante de la piezoelectricidad, pero en este caso al revés, son los inyectores de combustible de los motores de combustión interna. Al aplicarse una diferencia de potencial a un material piezoeléctrico, se consigue abrir el inyector, permitiendo al combustible a muy alta presión entrar en el cilindro. El uso de inyectores piezoeléctricos permite controlar con una enorme precisión los tiempos de inyección y la cantidad de combustible que se introduce en el motor, lo que redunda en mejoras en el consumo, prestaciones y rendimiento de los motores.