Tubos – longitud de onda
| Definición Breve | La longitud de onda es la distancia entre perturbaciones sucesivas en el espacio. |
|---|---|
| Tema | Longitud de onda |
| Subtema | Ondas estacionarias |
| Audio | <embed>https://www.youtube.com/watch?v=j-KFAaYTa98</embed> |
Tubos - Longitud de onda
La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo.
El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material. Un cuerpo al vibrar imprime un movimiento de vaivén (oscilación) a las moléculas de aire que lo rodean, haciendo que la presión del aire se eleve y descienda alternativamente. Estos cambios de presión se trasmiten por colisión entre las moléculas de aire y la onda sonora es capaz de desplazarse hasta nuestros oídos. Las partes de la onda en que la presión aumenta (las moléculas se juntan) se llaman compresiones y aquellas en que la presión disminuye (las moléculas se alejan) se llaman enrarecimientos.
Tubos abiertos
Si un tubo es abierto, el aire vibra con su máxima amplitud en los extremos. En la figura, se representan los tres primeros modos de vibración
Como la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda. Si la longitud del tubo es L, tenemos que L=l /2, L=l , L=3l /2
Tubos Cerrados
Si el tubo es cerrado se origina un vientre en el extremo por donde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado.
Como la distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es l /4. La longitud L del tubo es en las figuras representadas es L=l /4, L=3l /4, L=5l /4.
Tipos de tubos
Los tubos de caña o de otras plantas de tronco hueco, constituyeron los primeros instrumentos musicales. Emitían sonido soplando por un extremo. El aire contenido en el tubo entraba en vibración emitiendo un sonido.
Las versiones modernas de estos instrumentos de viento son las flautas, las trompetas y los clarinetes, todos ellos desarrollados de forma que el intérprete produzca muchas notas dentro de una amplia gama de frecuencias acústicas.
El órgano es un instrumento formado por muchos tubos en los que cada tubo da una sola nota. El tubo de órgano es excitado por el aire que entra por el extremo inferior. El aire se transforma en un chorro en la hendidura entre el alma (una placa transversal al tubo) y el labio inferior. El chorro de aire interacciona con la columna de aire contenida en el tubo. Las ondas que se propagan a lo largo de la corriente turbulenta mantienen una oscilación uniforme en la columna de aire haciendo que el tubo suene.
Leyes de Bernoulli
Las denominadas leyes de Bernoulli consisten en describir como es la frecuencia del sonido en un tubo:
1_ Directamente proporcional a la velocidad del sonido vs en el gas que contiene el tubo.
2_Inversamente proporcional a la longitud del tubo L.
3_En un tubo abierto, se puede producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental (n=1) y sus armónicos (n=2, 3, 4, ..).
4_En un tubo cerrado, se puede producir el sonido que corresponde a la frecuencia fundamental y los armónicos impares (2n+1=3, 5, 7, ...).
5_En dos tubos idénticos y con el mismo gas, uno abierto y otro cerrado, el abierto produce un sonido cuya frecuencia (fundamental) es el doble que la del cerrado.
Tubo de Rubens
Como ejemplo sonoro, existe el llamado "Tubo de Rubens", experimento en el cual se aplica perfectamente lo analizado sobre longitud de onda en tubos.
El Tubo de Rubens es un dispositivo que permite la visualización de ondas sonoras. Consiste en un tubo, que se llena de gas inflamable. En uno de los extremos del tubo se coloca un altavoz, y el otro permanece cerrado. Sobre el tubo se realizan una serie de pequeños orificios que permiten la salida del gas, prendiendo el gas a su salida por los orificios. En las zonas donde la amplitud de la onda sonora es mayor, la presión aumenta, y eso produce que la llama en ese punto sea más alta, y por el contrario donde la presión es menor la llama es más baja, o incluso desaparece cuando la presión externa es mayor que la presión en el interior del tubo, impidiendo la salida del gas por esos puntos. De esta forma, podemos visualizar de manera muy espectacular y llamativa las ondas sonoras que se propagan en el interior del tubo. Estas llamas nos dibujan la longitud y la frecuencia de la onda.