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 Analogías Electroacústicas
  
Introducción a las analogías  

Utilizar el concepto de sistemas análogos eléctricos para analizar ciertas clases de sistemas físicos complejos resulta muy practico. Además es mucho más sencillo manipular un sistema eléctrico o electrónico, que construir un sistema análogo mecánico debido en gran parte a su costo. 

El principio de analogía es aplicable a cualquier tipo de sistema sea acústico, mecánico o eléctrico, siempre que sus ecuaciones diferenciales o funciones de transferencia sean idénticas (en la practica lo más parecidas posible). Además permite la elaboración de diagramas esquemáticos (circuito eléctrico), que ofrecen las siguientes ventajas: 

  • Visualizar el comportamiento de un sistema complejo sin necesidad de resolver sus ecuaciones diferenciales.
  • Obtener las ecuaciones diferenciales por simple inspección.
Los diagramas esquemáticos son usualmente utilizados en sistemas concentrados, es decir, el tiempo es la única variable independiente. Así el uso de sistemas análogos resulta conveniente para la descripción de los más variados fenómenos, lo que lo vuelve una herramienta indispensable para el desarrollo de nuestra tesis. 

La impedancia mecánica 

La impedancia mecánica Zm se define como la relación compleja entre la fuerza eficaz que actúa sobre un área de un dispositivo mecánico (o un medio acústico) y la velocidad eficaz compleja lineal resultante a través de tal área. Sus unidades son los Ohmios mecánicos (N*seg)/m. 

La inversa de la impedancia compleja mecánica recibe el nombre de movilidad mecánica, y se representa por zm . Su unidad es el Mhom mecánico. En los circuitos mecánicos vamos a manejar tres componentes básicos: 
 

  • Resistencia mecánica Rm 
  • Masa mecánica Mm 
  • Compliancia mecánica Cm 
  • Resistencia mecánica Rm
 

    La resistencia mecánica está asociada a la parte real de la impedancia, y es donde se disipa toda la potencia mecánica entregada al dispositivo. Un dispositivo mecánico se comportará pues como una resistencia mecánica cuando accionado por una fuerza, adquiere una velocidad proporcional a esta: 

Sus unidades son el 

 
 
 

Como  , si sustituimos podemos obtener también que la unidad de resistencia mecánica es también Kilogramo/Segundo. 

Esta expresión se corresponde con la analogía de tipo impedancia que hemos visto, puesto que: 
 

Fuerza  = Resistencia Mecánica  * Velocidad
 
por analogía se convierte en:
 
Tensión = Resistencia Eléctrica * Corriente

El símbolo usado para la resistencia mecánica suele ser el de la figura, aunque también se usa un símbolo similar a la resistencia eléctrica: 

A la inversa de la resistencia mecánica se le llama responsabilidad mecánica, cumpliéndose que: 

de forma que podemos obtener: 
 

 

Lo que se corresponderá con la analogía de movilidad puesto que: 
 

Velocidad= Responsabilidad Mecánica * Fuerza
 

por analogía se convierte en: 

 
Tensión  = Resistencia Eléctrica    * Corriente
 

 

  • Masa mecánica Mm
 

La masa mecánica está asociada con la parte imaginaria positiva de la impedancia compleja. Un dispositivo mecánico se comportará como una masa mecánica cuando accionado por una fuerza resulte acelerada en proporción directa con la fuerza, es decir: 

 

  Su unidad es el Kilogramo, y su simbolo es: 

En la analogía de impedancia hemos visto que sustituimos Fuerza por Tensión, Masa por Inductancia, y Velocidad por Corriente, por lo que sustituyendo tenemos: 

Si en la primera expresión despejamos u(t), nos queda: 

 
 

Lo que en la analogía de tipo movilidad se corresponde a (se sustituye Velocidad por Tensión, Masa por Capacidad, y Fuerza por corriente): 

 
 

Efectivamente esto se corresponde con el comportamiento de un condensador, por lo que el del análogo de movilidad de la masa será el condensador. 
 
 

 
  
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