Resonancia de tubo abierto: la longitud determina el tono
1 · Predecir
Una columna de aire al aire libre (como el tubo de un órgano abierto) resuena a una frecuencia fundamental determinada por su longitud. Si utiliza un tubo más corto, ¿el tono resonante sube o baja?
- Un tubo más corto resuena a una frecuencia fundamental más baja.
- Un tubo más corto resuena a una frecuencia fundamental más alta.
- La longitud de la tubería no afecta la frecuencia fundamental.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de resonancia de tubería y presione Restablecer. El tubo está abierto por ambos extremos, en aire 20°C.
- Habilite la lectura de frecuencia fundamental en la tubería.
- Establezca la longitud de la tubería para cada prueba y registre la frecuencia fundamental.
3 · Recopilar Datos
| Longitud del tubo L (m) | Longitud de onda fundamental λ (m) | Frecuencia fundamental f₁ (Hz) |
|---|---|---|
| 0.30 | ||
| 0.50 | ||
| 0.70 |
Grafique la frecuencia fundamental f₁ (eje y) frente a 1/L (eje x) para sus tres pruebas.
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule f₁ = c/(2L) usando c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s para aire 20°C. Compare con la tabla.
- La fundamental de una tubería abierta tiene una longitud de onda completa λ = 2L. Explique, usando v = fλ, por qué f₁ = c/(2L) se deriva directamente de esa longitud de onda.
5 · Ampliar
- Un tubo cerrado en un extremo (como un clarinete) solo admite armónicos impares y tiene f₁ = c/(4L) fundamental, la mitad de la frecuencia de este experimento para la misma longitud. ¿Por qué cerrar un extremo podría duplicar la longitud de onda efectiva?
- La velocidad del sonido c aumenta con la temperatura del aire. Si tocaras esta misma flauta al aire libre en un día mucho más frío, ¿su tono resonante subiría o bajaría? ¿Por qué es necesario reafinar los instrumentos de viento cuando cambia la temperatura?
La física detrás de este experimento
Fundamental de tubería abierta
Una columna de aire abierta en ambos extremos resuena con una longitud de onda completa que se ajusta al doble de su longitud (λ = 2L), dando una frecuencia fundamental f₁ = c/(2L), la misma relación velocidad-longitud de onda que cualquier onda, aplicada al sonido en el aire.