Cimática

Cimática (del griego antiguo: κῦμα, romanizado: kyma, lit. 'wave') es un subconjunto de fenómenos vibratorios modales. El término fue acuñado por el médico suizo Hans Jenny (1904-1972). Normalmente, la superficie de una placa, diafragma o membrana se hace vibrar y las regiones de desplazamiento máximo y mínimo se hacen visibles en una fina capa de partículas, pasta o líquido. Surgen diferentes patrones en el medio excitador dependiendo de la geometría de la placa y la frecuencia de conducción.

El aparato empleado puede ser simple, como el cuenco chino, en el que se frotan mangos de cobre y se hacen vibrar los elementos del fondo de cobre. Otros ejemplos incluyen la Placa de Chladni y el llamado cimascopio.

Historia

El 8 de julio de 1680, Robert Hooke pudo ver los patrones nodales asociados con los modos de vibración de las placas de vidrio. Hooke pasó un arco (musical) a lo largo del borde de un plato de vidrio cubierto de harina y vio emerger los patrones nodales.

El músico y físico alemán Ernst Chladni notó en el siglo XVIII que los modos de vibración de una membrana o una placa se pueden observar rociando la superficie vibratoria con un polvo fino (por ejemplo, polvo de licopodio, harina o arena fina). El polvo se mueve debido a la vibración y se acumula progresivamente en puntos de la superficie correspondientes a la vibración sonora. Los puntos forman un patrón de líneas, conocidas como "líneas nodales del modo de vibración". Los modos normales de vibración y el patrón de líneas nodales asociados con cada uno de ellos están completamente determinados, para una superficie con características mecánicas homogéneas, por la forma geométrica de la superficie y por la forma en que se limita la superficie.

Experimentos de este tipo, similares a los llevados a cabo anteriormente por Galileo Galilei alrededor de 1630 y por Robert Hooke en 1680, fueron perfeccionados posteriormente por Chladni, quien los introdujo sistemáticamente en 1787 en su libro Entdeckungen über die Theorie des Klanges. (Descubrimientos sobre la teoría del sonido). Esto proporcionó una importante contribución a la comprensión de los fenómenos acústicos y el funcionamiento de los instrumentos musicales. Las figuras así obtenidas (con la ayuda de un arco de violín frotado perpendicularmente a lo largo del borde de placas lisas cubiertas con arena fina) todavía reciben el nombre de "figuras de Chladni".

Obra de Hans Jenny

En 1967 Hans Jenny, seguidor de la doctrina antroposófica de Rudolf Steiner, publicó dos volúmenes titulados Kymatic (1967 y 1972), en los que, repitiendo los experimentos de Chladni, afirmaba la existencia de un poder sutil basado en las imágenes normales y simétricas producidas por las ondas sonoras. Jenny puso arena, polvo y líquidos en una placa de metal conectada a un oscilador que podía producir un amplio espectro de frecuencias. La arena u otras sustancias se organizaban en diferentes estructuras caracterizadas por formas geométricas propias de la frecuencia de la vibración emitida por el oscilador. Según Jenny, estas estructuras, que recuerdan al mandala y otras formas recurrentes en la naturaleza, serían una manifestación de un campo de fuerza invisible de la energía vibratoria que las generó. Quedó particularmente impresionado por la observación de que al imponer una vocalización en sánscrito antiguo de Om (considerado por hindúes y budistas como el sonido de la creación), el polvo de licopodio formaba un círculo con un punto central, una de las formas en que en el que Om había estado representado.

De hecho, para una placa de forma circular, que descansa en el centro (o en el borde, o al menos en un conjunto de puntos con simetría central), todos los modos de vibración nodal tienen simetría central, por lo que la observación de Jenny es totalmente consistente con propiedades matemáticas bien conocidas. Desde el punto de vista físico-matemático, la forma de los patrones nodales está predeterminada por la forma del cuerpo puesto en vibración o, en el caso de ondas acústicas en un gas, por la forma de la cavidad en la que está contenido el gas. La onda sonora, por tanto, no influye en absoluto en la forma del cuerpo vibrante ni en la forma de los patrones nodales. Lo único que cambia debido a la vibración es la disposición de la arena. La imagen formada por la arena, a su vez, está influenciada por el espectro de frecuencias de la vibración sólo porque cada modo de vibración se caracteriza por una frecuencia específica. Por lo tanto, el espectro de la señal que excita la vibración determina qué patrones se muestran realmente nodales. Los fenómenos físicos implicados en la formación de las figuras de Chladni se explican mejor mediante la física clásica. Los analistas modernos, incluido Michael Shermer, han calificado de pseudociencia la aplicación de la antroposofía en áreas como la ingeniería, la medicina, la biología y la agricultura biodinámica.

Influencias en el arte y la música

Los dispositivos para mostrar imágenes nodales han influido en las artes visuales y la música contemporánea. La artista Björk creó proyecciones de patrones cimáticos utilizando frecuencias de graves durante la gira de su álbum Biophilia.

El libro de Hans Jenny sobre figuras de Chladni influyó en Alvin Lucier y ayudó a crear la composición de Lucier Reina del Sur. El trabajo de Jenny también fue seguido por el fundador del Centro de Estudios Visuales Avanzados (CAVS), György Kepes, en el MIT. Su trabajo en esta área incluyó una pieza de chapa vibrada acústicamente en la que se habían perforado pequeños agujeros en una rejilla. Pequeñas llamas de gas ardieron a través de estos agujeros y esta configuración hizo visibles patrones termodinámicos.

A mediados de la década de 1980, el artista visual Ron Rocco, que también desarrolló su trabajo en CAVS, empleó espejos montados en diminutos servomotores, impulsados por la señal de audio de un sintetizador y amplificados por un amplificador de válvulas para reflejar el haz de un láser. Esto creó patrones de luz que correspondían a la frecuencia y amplitud del audio. Utilizando este haz para generar retroalimentación de video y computadoras para procesar la señal de retroalimentación, Rocco creó su sistema "Andro-media" serie de instalaciones. Más tarde, Rocco formó una colaboración con el músico David Hykes, quien practicaba una forma de canto de armónicos mongoles con The Harmonic Choir, para generar imágenes cimáticas a partir de un charco de mercurio líquido, que funcionaba como un espejo líquido para modular el haz de un láser de helio-neón. del sonido así generado. Fotografías de esta obra se pueden encontrar en el catálogo de Ars Electronica de 1987.

El fotógrafo y filósofo alemán contemporáneo Alexander Lauterwasser ha llevado la cimática al siglo XXI utilizando osciladores de cristal finamente elaborados para hacer resonar placas de acero cubiertas con arena fina y hacer vibrar pequeñas muestras de agua en placas de Petri. Su primer libro, Water Sound Images, traducido al inglés en 2006, presenta imágenes de luz reflejada en la superficie del agua puesta en movimiento por fuentes sonoras que van desde ondas sinusoidales puras hasta música de Beethoven, Karlheinz Stockhausen, grupo electroacústico Kymatik (que a menudo graba con sonido envolvente ambisónico) y canto de armónicos. Las fotografías resultantes de patrones de ondas estacionarias son sorprendentes. El libro de Lauterwasser se centró en crear analogías visuales detalladas de patrones naturales que van desde la distribución de las manchas de un leopardo hasta los patrones geométricos que se encuentran en plantas y flores, pasando por las formas de las medusas y los intrincados patrones que se encuentran en el caparazón de una tortuga..

El compositor Stuart Mitchell y su padre T.J. Mitchell afirmó que las tallas de la Capilla Rosslyn supuestamente contienen referencias a patrones cimáticos. En 2005 crearon una obra llamada El motete Rosslyn realizada al intentar unir varios patrones de Chladni con 13 símbolos geométricos tallados en las caras de cubos que emanaban de 14 arcos.

Como muchas afirmaciones en la comunidad cimática, la hipótesis de que las tallas representan patrones de Chladni no está respaldada por evidencia científica o histórica. Uno de los problemas es que muchas de las 'cajas' Las tallas no son originales, ya que fueron reemplazadas en el siglo XIX tras sufrir daños por erosión.

El grupo musical The Glitch Mob utilizó cymatics para producir el vídeo musical "Becoming Harmonious (ft. Metal Mother)".

Influenciado por los diagramas y la cimática de Yantra, el artista y diseñador de moda Mandali Mendrilla creó un vestido escultórico llamado "Kamadhenu" (Wish Tree Dress III) cuyo patrón se basa en un diagrama de Yantra que representa a la diosa Kamadhenu.

Aphex Twin suggests learning more about cymatics in reference to 'master tuning of 440 Hz#39; in a conversation with synth-maker Tatsuya Takahashi.

Desde 2010, el colectivo de arte Analema Group crea performances participativas en las que el público produce patrones cimáticos digitalmente en tiempo real.

In 2014 musician Nigel Stanford produced "Cymatics#34;, an instrumental and music video designed to demonstrate the visual aspects of cymatics.

El pintor estadounidense contemporáneo Jimmy O'Neal creó su propio ciberscopio, que ha utilizado para producir diversas obras de arte público. Una de esas pinturas es 511,95 Hz de vino, un mural a gran escala basado en el patrón creado al pasar un dedo por el borde de una copa de vino casi vacía.

El logotipo y el tema artístico de Eurovisión 2022 se basan en la cimática.

La secuencia del título principal de El Señor de los Anillos: Los Anillos de Poder está inspirada en la cimática.

Influencias en la ingeniería

Inspirándose en los patrones periódicos y simétricos de la interfaz aire-líquido creados por la vibración del sonido, P. Chen y sus compañeros desarrollaron un método para diseñar diversas estructuras a partir de materiales a microescala utilizando plantillas de base líquida. Esta plantilla de base líquida se puede reconfigurar dinámicamente ajustando la frecuencia de vibración y la aceleración.