El tubo de Kundt es un aparato acústico experimental inventado en 1866 por el físico alemán August Kundt [1] [2] para medir la velocidad del sonido en un gas o una barra sólida . El experimento todavía se enseña hoy en día debido a su capacidad para demostrar ondas longitudinales en un gas (que a menudo puede ser difícil de visualizar). Hoy en día se utiliza únicamente para demostrar ondas estacionarias y fuerzas acústicas.
Cómo funciona
El tubo es un tubo horizontal transparente que contiene una pequeña cantidad de un polvo fino como polvo de corcho , talco o Lycopodium . [3] En un extremo del tubo hay una fuente de sonido en una sola frecuencia (un tono puro ). Kundt usó un resonador de varilla de metal que hizo vibrar o "sonar" frotándolo, pero las demostraciones modernas generalmente usan un altavoz conectado a un generador de señal que produce una onda sinusoidal . El otro extremo del tubo está bloqueado por un pistón móvil que se puede utilizar para ajustar la longitud del tubo.
El generador de sonido se enciende y el pistón se ajusta hasta que el sonido del tubo de repente se vuelve mucho más fuerte. Esto indica que el tubo está en resonancia . Esto significa que la longitud de la trayectoria de ida y vuelta de las ondas sonoras, desde un extremo del tubo al otro y viceversa, es un múltiplo de la longitud de onda λ de las ondas sonoras . Por lo tanto, la longitud del tubo es múltiplo de la mitad de una longitud de onda. En este punto, las ondas sonoras en el tubo tienen la forma de ondas estacionarias y la amplitud de las vibraciones del aire es cero a intervalos igualmente espaciados a lo largo del tubo, llamados nodos . El polvo queda atrapado en el aire en movimiento y se deposita en pequeños montones o líneas en estos nodos, porque el aire está quieto y silencioso allí. La distancia entre las pilas es la mitad de la longitud de onda λ / 2 del sonido. Al medir la distancia entre las pilas, se puede encontrar la longitud de onda λ del sonido en el aire. Si se conoce la frecuencia f del sonido, multiplicarla por la longitud de onda da la velocidad del sonido c en el aire:
El movimiento detallado del polvo se debe en realidad a un efecto llamado flujo acústico causado por la interacción de la onda de sonido con la capa límite de aire en la superficie del tubo. [4]
Experimentos adicionales
Al llenar el tubo con otros gases además del aire y evacuarlo parcialmente con una bomba de vacío, Kundt también pudo calcular la velocidad del sonido en diferentes gases a diferentes presiones. Para crear sus vibraciones, Kundt detuvo el otro extremo del tubo con un tapón suelto unido al extremo de una varilla de metal que se proyectaba dentro del tubo, sujeto en su centro. Cuando se frota a lo largo con una pieza de cuero recubierta de colofonia , la varilla vibra longitudinalmente en su frecuencia fundamental , dando una nota alta. Una vez que se conoció la velocidad del sonido en el aire, esto permitió a Kundt calcular la velocidad del sonido en el metal de la varilla del resonador. La longitud de la varilla L era igual a la mitad de la longitud de onda del sonido en el metal, y la distancia entre las pilas de polvo d era igual a la mitad de la longitud de onda del sonido en el aire. Entonces, la proporción de los dos era igual a la proporción de la velocidad del sonido en los dos materiales:
Razón de la precisión
Un método menos preciso para determinar la longitud de onda con un tubo, usado antes de Kundt, es simplemente medir la longitud del tubo en resonancia, que es aproximadamente igual a un múltiplo de media longitud de onda. El problema con este método es que cuando un tubo de aire es impulsado por una fuente de sonido, su longitud en resonancia no es exactamente igual a un múltiplo de la media longitud de onda. [3] Debido a que el aire en el extremo de la fuente del tubo, junto al diafragma del altavoz, está vibrando, no está exactamente en un nodo (punto de amplitud cero) de la onda estacionaria. El nodo en realidad ocurre a cierta distancia más allá del final del tubo. El método de Kundt permitió determinar con gran precisión las ubicaciones reales de los nodos.
Ver también
- Placas de Chladni , otra técnica de visualización de ondas estacionarias.
- El tubo de Rubens demuestra la relación entre las ondas sonoras estacionarias y la presión sonora.
Referencias
- ↑ Kundt, A. (1866). "Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen" . Annalen der Physik (en alemán). Leipzig: JC Poggendorff. 127 (4): 497–523. Código Bibliográfico : 1866AnP ... 203..497K . doi : 10.1002 / yp.18662030402 . Consultado el 25 de junio de 2009 .
- ^ Kundt, agosto (enero-junio de 1868). "Experimentos acústicos" . The London, Edinburgh y Dublin Philosophical Magazine y Journal of Science . Vol. 35 no. 4. Reino Unido: Taylor & Francis. págs. 41–48 . Consultado el 25 de junio de 2009 .
- ^ a b Poynting, John Henry; Thomson, JJ (1903). Un libro de texto de física: sonido (3ª ed.). Londres:. Charles Griffin & Co. pp 115 -117.
Resonancia de tubo de Kundt.
- ^ Faber, TE (1995). Dinámica de fluidos para físicos . Reino Unido: Cambridge University Press. pag. 287. ISBN 0-521-42969-2.
Otras lecturas
- Hortvet, J. (1902). Un manual de física práctica elemental. Minneapolis: HW Wilson. Página 119+ .