lunes, 10 de noviembre de 2014

CUERDAS SONORAS

Las cuerdas sonoras son medios elásticos que al ser excitados correctamente producirán un sonido

las cuerdas presentan las siguientes características según el gráfico.

A= Husos
N= Nodos
L= Longitud de la cuerda
n= Numero de armónico.

Las cuerdas presentan frecuencias distintas dependiendo del numero de armónico al que deseemos calcular la frecuencia.


Formula general:


 Fn=  (n · v) / 2L

Donde:

Fn= Frecuencia n
n= numero de armonico
v= constante del sonido (340 m/s2)

Un cable elástico, tendido entre 2 puntos fijos, susceptible de emitir un sonido musical gracias a sus vibraciones.
Una tal cuerda , supuesta cilíndrica y homogénea, puede vibrar longitudinalmente o transversalmente es alejada de su posición de equilibrio. En música utilizamos únicamente vibraciones transversales.

  • EXCITACIÓN DE LA CUERDA
Para alejar la cuerda de la posición de equilibrio podemos 'pellizcar' con el dedo (arpa), con una uña (guitarra) o con una pluma o espina camandada por las teclas de un teclado (clavecín). La cuerda puede ser golpeada por un martillo (piano) o incluso rasgada por una rueda (viela). En fin, para el violín y los instrumentos del mismo tipo la cuerda es atacada por un arco constituido por un gran numero de crines (de caballo) tendidos e impregnados de colofano para aumentar la adherencia a la cuerda.
El arco empuja la cuerda por frotamiento hasta el momento en el que la elasticidad de la cuerda es mayor que el frotamiento: esta ultima vuelve a la posición de equilibrio. El mismo fenómeno se reproduce un gran numero de veces por segundo y encontramos que la frecuencia del fenómeno es la misma que la vibración de la cuerda, gracias al fenómeno de resonancia.
  • FORMULA DE LAS CUERDAS VIBRANTES
Una cuerda fijada a sus 2 extremidades presenta siempre un nudo de vibración en sus extremidades y un cierto numero de nudos intermediarios. Ese sistema de ondas estacionarias se manifiesta por un numero entero de zonas repartidas a lo largo de la cuerda. Si vemos k zonas, la longitud de cada zona es l / 2 , la longitud total de la cuerda L es dada por la expresión:
L = k *l / 2
g siendo la frecuencia y v la velocidad de ondas transversales. Obtenemos , puesto que l = v / g
L = k * v / 2*g
Pero v = Ö (F / m) d' où L = k /2g * Ö (F / m)
Ou encore g = k/2L * Ö (F / m)
g es en hertz (Hz o 1/s)
F es en newton (N)


PARA TENER EN CUENTA 



TUBOS SONOROS


Se llaman tubos sonoros aquellos que contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada. El cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene; en efecto, éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de esto, influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y tubos abiertos, que poseen dos o más.
Vibración de la columna de aire contenida en un tubo
Las columnas de aire contenidas en los tubos sonoros se comportan, desde ciertos puntos de vista, como cuerdas musicales, por lo tanto las columnas de aire vibrantes poseen nodos, o sea puntos donde la vibración es nula, y vientres, equidistantes de los anteriores, donde la vibración alcanza su máxima amplitud.
La vibración de las columnas de aire es longitudinal; los nodos serán por tanto, puntos de condensación y los vientres puntos de dilatación o rarefacción; en los extremos cerrados siempre se producen nodos y en los extremos abiertos generalmente se producen vientres. El punto de excitación no puede ser un nodo, pero no necesita ser un vientre, pudiendo estar en un punto intermedio. No es necesario que las aberturas de un tubo coincidan con los extremos, pudiendo éstos estar cerrados y haber una o más aberturas en otras partes del tubo (la gaita).
Una columna de aire puede vibrar con toda su longitud o dividida en segmentos iguales lo mismo que las cuerdas; en el primer caso se obtiene el sonido llamado fundamental, y en los otros los armónicos: segundo, si la columna vibra dividida en mitades; tercero, si vibra en tercios, etc.
Tomando como punto de partida el que en los extremos de un tubo abierto, sólo pueden haber vientres de vibración, el tubo producirá su fundamental cuando vibre con un nodo único en su centro. Cuando el tubo produce su segundo armónico, producirá dos nodos y tres vientres; cuando produce su tercer amónico, producirá tres nodos y 4 vientres, y así sucesivamente.

En los Tubos Cerrados, la onda se forma con un nodo en el extremo cerrado y un vientre en el extremo abierto.


A igualdad de longitud de tubo, el tubo abierto produce un sonido de frecuencia doble que el cerrado. Los tubos abiertos emiten la serie completa de armónicos correspondientes a su longitud, mientras que los cerrados, emiten sólo los armónicos de orden impar. Como tubo cerrado está la Flauta Travesera y como tubos abiertos todos los demás: Clarinetes*, Oboes, Fagotes, Saxofones, Trompetas, Trompas, etc.


la frecuencia del sonido emitido por ellos se calcula con las expresiones:





Lo único que se debe tener en cuenta al reemplazar las ecuaciones anteriores es que en la primera el valor de la k es el número del armónico indicado en el problema y en la segunda se debe calcular con la expresión k = 2*n – 1 donde la n corresponde al valor indicado en el problema y esto es debido a que se dice que las frecuencias del sonido emitido por un tubo cerrado se producen como la serie de los números impares; así mismo se debe recordar que la v significa velocidad del sonido y que si en el problema se da una temperatura ambiente ésta habrá que calcularla con la ecuación de la velocidad del sonido y en caso de no haber  temperatura tendrá un valor de 340 m/seg.


VIDEO


CUERDAS Y TUBOS SONOROS








EJERCICIOS

Problema Nº1
En una cuerda de 2m, la velocidad de las ondas es 8m/s. ¿Cuales son las cuatro primeras frecuencias emitidas?
DATOS:
L = 2 m            V = 8 m/s                                                              RTA:  2 Hz ; 4 Hz ; 6 Hz; 8 Hz

Problema Nº2
Una cuerda de 3m de longitud vibra con tres husos a una frecuencia de 20 Hz. ¿Cual es la velocidad de las ondas?
DATOS:
L = 3 m            F = 20 Hz                                                                                      RTA:    40 m/s



Problema Nº3


Una cuerda de 120 cm produce un sonido cuya frecuencia es de 250 Hz. Si la longitud de la cuerda se reduce a la tercera parte, ¿que variación experimenta la frecuencia?

DATOS:
L = 120 cm         F = 250 Hz
                                                                                           RTA:LA FRECUENCIA SE TRIPLICA

Problema Nº4
¿Cual  es la frecuencia del tercer armónico de un tubo cerrado de 0.46 m de longitud?¿Cual es la frecuencia si es un tubo abierto?
                                                                                     RTA:  Fn = 923.9 Hz          Fn = 1108.69 Hz


Problema Nº5

Un tubo abierto y un tubo cerrado emiten la misma  frecuencia fundamental, si la longitud del tubo abierto es de 1m ¿ cual es la longitud del tubo cerrado ?
                               
                                                                                                                                RTA: 170 Hz



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