Trompeta Kundt

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El tubo de Kundt es un dispositivo acústico experimental inventado en 1866 por el físico alemán August Kundt [1] [2] para medir la velocidad del sonido en gases o en un cilindro sólido. Hasta la fecha, el dispositivo se utiliza para demostrar una onda estacionaria acústica.

Cómo funciona

La pipa consiste en un cilindro transparente lleno de una pequeña cantidad de polvo fino y ligero (de corcho , licopodio , talco [3] ). Se instala una fuente de sonido de frecuencia estable en un extremo de la tubería. Kundt usó un resonador de metal que "cantaba" cuando se frotaba. Las demostraciones modernas utilizan altavoces como fuente de sonido , conectados a un generador de señal que produce una señal sinusoidal de frecuencia estable. El otro extremo de la tubería está tapado o contiene un pistón móvil para ajustar la longitud de la tubería.

Cuando se enciende la fuente de sonido, la longitud de la tubería cambia con un pistón desde el extremo opuesto hasta que el sonido se vuelve muy fuerte; esto indica la presencia de resonancia acústica en la tubería . Esto significa que un múltiplo de las longitudes de onda del sonido cabe en la trayectoria del sonido, denotándose la longitud de onda con la letra λ . Al mismo tiempo, la longitud de la tubería es un múltiplo de un número entero de medias ondas. Se forma una onda estacionaria en la tubería . La amplitud de las vibraciones, debido a la adición de ondas, es igual a cero a través de distancias periódicas a lo largo de la tubería, formándose "nodos" en los que el polvo no se mueve, y antinodos , en los que la amplitud es máxima y el polvo se mueve.

El polvo es arrastrado por los movimientos de aire creados por la onda acústica en el tubo y forma colinas en los nodos, que permanecen incluso después de apagar el sonido. La distancia entre las colinas es igual a la mitad de la longitud de onda del sonido λ/2 . Si mide la distancia entre las diapositivas, puede encontrar la longitud de onda del sonido λ , y si se conoce la frecuencia del sonido, denotada por la letra f , entonces puede encontrar la velocidad del sonido en el aire. La relación se describe mediante la fórmula:

El movimiento de las partículas de polvo es causado por el flujo acústico causado por la capa límite en las paredes de la tubería. [cuatro]

Experimentos posteriores

Al llenar el tubo con varios gases, así como al bombear gas fuera del tubo con una bomba, Kundt pudo medir la velocidad del sonido en varios gases y a varias presiones. La fuente de vibración era una varilla de metal fijada en el centro del tapón en un extremo de la tubería. Cuando Kundt frotó la varilla con un trozo de cuero cubierto con colofonia , la varilla resonó a su frecuencia resonante. Como ya se conocía la velocidad del sonido en el aire, Kundt pudo calcular la velocidad del sonido en el metal de la varilla. La longitud de la barra L era igual a la mitad de la longitud de onda del sonido en el metal, y la distancia entre las pilas de polvo en la tubería era igual a la mitad de la longitud de onda del sonido en el aire d . En consecuencia, las velocidades del sonido en estos medios se relacionaron entre sí como longitudes de onda:

Precisión

Antes de Kundt, se utilizó un método menos preciso para determinar la longitud de onda. Se basa en medir la longitud de la tubería en resonancia, que es un múltiplo del número de medias ondas en la tubería. Pero el problema es que la longitud de la tubería no es exactamente igual a un múltiplo del número de medias ondas [3] . Esto se debe al hecho de que el nodo del lado del difusor vibratorio no está exactamente en el lugar del difusor, sino a cierta distancia de él. El método de Kundt de medir directamente la distancia entre los nodos en el polvo permitió mejorar significativamente la precisión.

Véase también

• Figuras de Chladni , otra técnica para visualizar una onda estacionaria en un plano
• Tubo de Rubens , Demostración de una onda estacionaria en un tubo usando gas combustible

Fuentes

1. ↑ Kundt, A. Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen  (alemán)  // Annalen der Physik . - Leipzig: JC Poggendorff, 1866. - T. 127 , No. 4 . - S. 497-523 . -doi : 10.1002/ andp.18662030402 . - . Archivado desde el original el 2 de enero de 2014.
2. ↑ Kundt, agosto. Experimentos acústicos  (inglés)  // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science  : journal. Reino Unido: Taylor & Francis. — vol. 35 , núm. 4 . - Pág. 41-48 .
3. ↑ 1 2 Poynting, John Henry; Thomson, JJ Un libro de texto de física: sonido  (neopr.) . — 3er. - Londres: Charles Griffin & Co., 1903. - S. 115-117.
4. ↑ Faber, T. E. Fluid Dynamics for Physicists  (sin especificar) . - Reino Unido: Cambridge University Press , 1995. - P. 287. - ISBN 0-521-42969-2 .

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