¡Mira las formas invisibles del sonido! Un fascinante experimento de resonancia con una tableta y agua (Resonancia en columnas de aire)
Soy Ken Kuwako, el entrenador de ciencia. Cada día es un experimento.
El sonido es invisible. Pero, ¿te imaginas la emoción de poder capturar esas ondas invisibles con cálculos y experimentos? Hoy te mostraremos una clase sobre la ‘Resonancia de Columna de Aire’ (kichū kyōmei), un fenómeno que revela la velocidad y la forma de las ondas sonoras. Para ello, combinamos la tecnología de una tableta de última generación con el experimento clásico de agua y tubería. ¡Atrévete a visualizar la vibración invisible del aire mientras continúas leyendo!
Cómo Visualizar el ‘Sonido’ con una Tablet y un Experimento Analógico
En la Academia de Ciencias Narika, fomentamos el uso de la tecnología en el laboratorio y por eso introducimos activamente experimentos que emplean tablets. Justo ayer, llevamos a cabo el experimento de ‘Resonancia de Columna de Aire’ utilizando un tubo acrílico y una tablet. El mecanismo de este experimento es muy sencillo, aunque esconde una gran complejidad.
Lo que hacemos es emitir un sonido de frecuencia exacta dentro del tubo acrílico, gracias a una aplicación de oscilación en la tablet. Luego, manipulamos el recipiente de agua conectado en la parte inferior para variar el nivel del agua (la longitud del tubo cerrado) dentro del cilindro.
Al hacer esto, ¡de repente! se encuentra un punto, a una profundidad específica, donde el sonido se amplifica drásticamente, haciendo un ‘¡Waaan!’. A este fenómeno lo llamamos resonancia (kyōmei).
¡A Buscar los ‘Nodos’ y ‘Vientres’ de la Onda Sonora!
Si prestamos mucha atención, podemos identificar varios puntos donde el sonido se vuelve más fuerte. Medimos la longitud del tubo cerrado cada vez que cambiamos la profundidad.
Lo que sucede dentro del tubo en ese momento es un fenómeno llamado onda estacionaria (teijōha), donde la onda parece detenerse. Por lo tanto, encontrar el lugar donde el sonido se amplifica es lo mismo que localizar un punto de máxima vibración del aire: el ‘vientre’ (o antinodo) de la onda. La clave de este experimento es que, a partir de la diferencia entre las longitudes del tubo cerrado de dos resonancias consecutivas, podemos calcular la velocidad del sonido.
[Reto Físico] ¿El Aire se Sale un Poquito? El Misterio de la ‘Corrección de Extremo Abierto’
Ahora, resolvamos un pequeño enigma de la física. Al llevar a cabo este experimento, es común encontrarse con un fenómeno sutil: la longitud de onda teórica y la longitud real del tubo no coinciden con precisión.
Un equipo realizó la prueba de resonancia y detectó una resonancia a 0.415m de la abertura del tubo. Además, midieron la distancia entre dos puntos de resonancia consecutivos (media longitud de onda) y calcularon que la longitud de onda (λ) era de 0.34m.
Con esta información, inferiremos qué tipo de onda estacionaria se produce dentro del tubo y determinaremos la corrección de extremo abierto (kaikōtan hosei).
No obstante, el valor teórico de 0.425m no coincide con el valor real de 0.415m. ¡Esta diferencia es el sutil margen que la onda sonora se extiende ligeramente más allá de la boca del tubo: la Corrección de Extremo Abierto!
0.425m － 0.415m = ¿¿¿???
Entonces, ¿cuál es la respuesta en centímetros? (¡La respuesta es 1cm!) Esta es la magia de la física experimental: combinar la teoría y la práctica nos permite medir incluso esa “pequeña salida” invisible del aire.
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