¿Por qué ese órgano hace tanto ruido?
Después de entrar en una catedral, James se da cuenta de que toda una pared está llena de enormes tuberías de todos los tamaños. Algunas son muy cortas y otras llegan hasta el techo. De repente, mientras se pregunta para qué sirven todas las flautas, comienza a sonar una hermosa música; ¡se da cuenta de que el sonido proviene de las tuberías! Es muy ruidoso y parece llenar toda la catedral.
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¿Cómo pueden las tuberías como esta producir sonidos tan fuertes? Los órganos de tubos, como los de las catedrales, hacen música por resonancia acústica, y no son los únicos instrumentos que utilizan este asombroso fenómeno.
Revisión de Sound Waves
La resonancia acústica es responsable de los sonidos producidos por una variedad de instrumentos musicales, desde órganos de tubos hasta flautas y trombones. ¿Pero qué es exactamente? Para comprender lo que está sucediendo, primero necesita saber algo sobre cómo el sonido viaja por el aire.
Las ondas sonoras se crean cuando algo hace que las moléculas de aire vibren. Esta vibración luego viaja como una onda hacia afuera en todas direcciones. A medida que la onda pasa por el aire, hay regiones donde las moléculas se comprimen más juntas (compresiones) y regiones donde las moléculas se separan más (rarefacciones). La distancia entre compresiones sucesivas o rarefacciones se conoce como la longitud de onda de la onda.
La frecuencia de una onda de sonido es el número de compresiones que pasan por un punto en una determinada cantidad de tiempo, generalmente un segundo. La frecuencia se mide en unidades de Hertz (Hz), y un Hertz corresponde a una compresión de onda que pasa por segundo. ¡Los seres humanos pueden detectar ondas sonoras con frecuencias que van desde 20 Hz hasta 20.000 Hz! Sin embargo, no todos suenan igual. Algunos sonidos son agudos y chirriantes, mientras que otros son graves y profundos. Lo que realmente está escuchando es la diferencia de frecuencia. Cuando escucha un sonido con una frecuencia alta, suena muy agudo; cuando escucha un sonido con una frecuencia baja, suena muy bajo.
Entonces, ¿cómo se relaciona la frecuencia con la longitud de onda? La velocidad del sonido varía un poco según la temperatura del aire, pero suele rondar los 343 m / s. Debido a que todas las ondas sonoras viajan a la misma velocidad, la frecuencia disminuirá a medida que la longitud de onda se haga más grande y la frecuencia aumentará cuando la longitud de onda se haga más pequeña. La relación matemática entre estas cantidades viene dada por la ecuación de onda :
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Resonancia acústica en un tubo abierto
Ahora que sabe un poco sobre las ondas sonoras, pensemos en ese órgano de tubos nuevamente. Hay muchos tubos de diferentes tamaños en el órgano y cada tubo produce un sonido con una frecuencia diferente. Esto sucede porque cada tubo tiene ciertas frecuencias de sonido que amplificará naturalmente, un fenómeno llamado resonancia acústica . Las frecuencias que resonarán dependen de la longitud de la tubería.
Hay dos tipos de tubos que están presentes en un órgano de tubos. El primer tipo está abierto al aire circundante en ambos extremos. Otros instrumentos, como las flautas, también constan de tubos abiertos en ambos extremos.
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En una tubería abierta como esta, la onda de frecuencia más baja, conocida como frecuencia fundamental , que resonará en la tubería tiene una longitud de onda que es igual al doble de la longitud de la tubería. También se amplificarán otras longitudes de onda, pero todas son múltiplos de esta frecuencia fundamental. Estas frecuencias más altas se conocen como armónicos .
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Resonancia en un tubo abierto en un extremo
Mientras que algunos de los tubos del órgano de tubos están abiertos en ambos extremos, otros están abiertos en un extremo y cerrados en el otro. Otros instrumentos, como trombones, trompetas y clarinetes, también contienen tubos abiertos en un extremo y cerrados en el otro (el extremo donde están los labios del jugador).
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En tuberías como estas, la onda de sonido de mayor longitud de onda que resonará es cuatro veces más larga que la tubería. Otra diferencia entre tuberías abiertas-abiertas y abiertas-cerradas es que solo los armónicos impares son posibles cuando la tubería está cerrada en un extremo.
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Una vez que calcule las longitudes de onda que resonarán, puede calcular la frecuencia correspondiente utilizando la ecuación de onda de la que hablamos anteriormente:
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Resumen de la lección
Las ondas sonoras viajan por el aire comprimiendo las moléculas de aire en un patrón regular y repetitivo. La distancia entre compresiones sucesivas se conoce como longitud de onda de la onda sonora. La frecuencia de una onda de sonido es el número de compresiones que pasan por un punto en una cierta cantidad de tiempo, generalmente un segundo, y se mide en unidades de Hertz (Hz). La longitud de onda y la frecuencia están relacionadas entre sí a través de la ecuación de onda .
Cuando las ondas de sonido pasan a una tubería, como las de muchos instrumentos musicales, se amplifican ciertas longitudes de onda. Este es un proceso conocido como resonancia acústica . La onda de frecuencia más baja que resonará se llama frecuencia fundamental , y las frecuencias de resonancia más altas se conocen como armónicos .
Las longitudes de onda resonantes para tuberías abiertas-abiertas y abiertas-cerradas dependen de la longitud de la tubería.
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