Se dice que un objeto alcanza una velocidad crítica cuando la velocidad de su rotación corresponde a una de sus frecuencias naturales. Este tipo de velocidad se estudia en una rama de la física conocida como dinámica de rotación, que se ocupa del movimiento de rotación o angular. Un objeto giratorio, como una hélice o una bomba centrífuga, a menudo debe pasar por una o más de sus velocidades críticas a medida que acelera o desacelera. Mientras operan a una velocidad crítica, estos objetos vibran a una gran amplitud, lo que puede causar daños.
Todos los objetos que se componen de un material elástico tienen una o más frecuencias naturales. La frecuencia natural de un objeto es la cantidad de veces que se moverá hacia adelante y hacia atrás una vez que se ponga en movimiento. Cuando un objeto vibra a una de sus frecuencias naturales, se dice que tiene resonancia o una gran amplitud vibratoria. En un instrumento musical, por ejemplo, esta resonancia es deseable porque provoca una amplificación natural del sonido del instrumento. En la rotordinámica, sin embargo, esta resonancia es indeseable porque hace que las piezas mecánicas involucradas vibren fuertemente, lo que puede dañar el sistema.
Hay varios estímulos que pueden causar resonancia, uno de los cuales es el movimiento de rotación. Cuando el movimiento de rotación de un objeto, también llamado velocidad angular, causa resonancia, es a una velocidad crítica. Los objetos mecánicos giratorios deben diseñarse para pasar rápidamente a través de estas velocidades, de modo que la vibración amplificada que se produce a esta velocidad no provoque daños.
Una bomba centrífuga o una hélice se moverá a diferentes velocidades angulares a medida que acelera o desacelera. Si bien un sistema en movimiento como este tendrá naturalmente alguna vibración, la vibración amplificada a la velocidad crítica debe evitarse o pasar rápidamente si el sistema va a aguantar con el tiempo. Por lo tanto, Rotordynamics se preocupa mucho por resolver las diversas velocidades críticas que pueden afectar la vida útil de una máquina giratoria.
La frecuencia de rotación más baja que hace que un objeto vibre en una de sus frecuencias naturales se conoce como su primera velocidad crítica. Un objeto puede tener un número infinito de velocidades críticas, pero la más importante que deben considerar los ingenieros es la primera. Algunos objetos giratorios están diseñados para operar por debajo de su primera velocidad crítica, pero muchos giran por encima de esta velocidad. Siempre que la velocidad de rotación pase rápidamente por la velocidad crítica, esto no debería tener un efecto significativo en la vida útil de la máquina giratoria. Sin embargo, pueden surgir problemas si un objeto está diseñado para girar a su velocidad crítica, ya que las vibraciones resultantes podrían hacer que la máquina se rompa.