Lo que haremos aquí es explicar cuáles son las razones para que pase eso, y de paso estudiar cuál será la composición armónica del sonido producido.
Un tubo cerrado con una longitud determinada sólo puede producir una nota, la cual estará formada por una onda fundamental y unos múltiplos de ésta, llamados armónicos. Estas ondas tienen que ser de tal forma que en la zona de máxima compresión del aire del tubo (la parte cerrada) haya un nodo y en la de mínima (la parte abierta), un vientre.
De acuerdo con este principio podemos saber qué ondas producirá
un tubo cerrado con una longitud determinada. Supongamos que tenemos un
tubo de longitud "L". Llamaremos "l" a la longitud
de onda, "f" a la frecuencia y "v" a la velocidad
del sonido en el aire. Veamos las diferentes ondas que se pueden producir
dentro de este tubo:
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Esta seria la onda fundamental o primer armónico.
La longitud de la onda es 4 veces la del tubo La frecuencia es f=l/v |
f1=l/v |
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La longitud de onda es 4/3 la del tubo
Su frecuencia es 3 veces más grande que la anterior. Esta onda correspondería al segundo armónico. |
f2=3 · f1 |
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La longitud de onda es 4/5 la del tubo.
Su frecuencia es 5 veces más grande que la primera. Esta onda correspondería al tercer armónico. |
f3=5 · f1 |
Si repitiésemos este proceso indefinidamente, obtendríamos todos los armónicos del sonido. Su frecuencia se obtiene multiplicando la frecuencia fundamental por los números impares.
Si sumamos todos los armónicos obtendremos la onda compuesta que llegará a nuestro oído. La altura o tono de esta nota viene dada por la frecuencia del primer armónico.
Así mismo, la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia y directamente proporcional a la velocidad, de donde deduciremos que v = l · f. Entonces, si conocemos la v, que es la velocidad del sonido (340 m/s) y conocemos la longitud del tubo, podemos determinar qué frecuencia tendrá el sonido que determinará.
f=340/(4·L) Hz