Tubos Sonoros ( Fechados e Abertos )

Tubos sonoros

Assim como as cordas ou molas, a ar ou gás contido dentro de um tubo pode vibrar com freqüências sonoras, este é o princípio que constitui instrumentos musicais como a flauta, corneta, clarinete, etc. que são construídos basicamente por tubos sonoros.

Nestes instrumentos, uma coluna de ar é posta a vibrar ao soprar-se uma das extremidades do tubo, chamada embocadura, que possui os dispositivos vibrantes apropriados.

Os tubos são classificados como abertos e fechados, sendo os tubos abertos aqueles que têm as duas extremidades abertas (sendo uma delas próxima à embocadura) e os tubos fechados que são os que têm uma extremidade aberta (próxima à embocadura) e outra fechada.

As vibrações das colunas gasosas podem ser estudadas como ondas estacionárias resultantes da interferência do som enviado na embocadura com o som refletido na outra extremidade do tubo.

Em uma extremidade aberta o som reflete-se em fase, formando um ventre (interferência construtiva) e em uma extremidade fechada ocorre reflexão com inversão de fase, formando-se um nó de deslocamento (interferência destrutiva).

Tubos abertos

Considerando um tubo sonoro de comprimento ℓ, cujas ondas se propagam a uma velocidade v.

Assim as possíveis configurações de ondas estacionárias são:

As maneiras de vibrar podem, partindo destes exemplos, ser generalizadas como:

E a freqüência dos harmônicos será dada por:

Como n não tem restrições, no tubo aberto, obtêm-se freqüências naturais de todos os harmônicos.

 Tubos fechados

Considerando um tubo sonoro de comprimento ℓ, cujas ondas se propagam a uma velocidade v.

Assim as possíveis configurações de ondas estacionárias são:

As maneiras de vibrar podem, partindo destes exemplos, ser generalizadas como:

E a frequência dos harmônicos será dada por:

Em um tubo fechado, obtêm-se apenas frequências naturais dos harmônicos ímpares.

Ondas estacionárias

Ondas estacionárias 

Ondas estacionárias são ondas que permanecem em uma posição constante em um intervalo de tempo arbitrário. Formam-se quando duas ondas idênticas se encontram, se movendo em sentidos opostos. Esse tipo de onda é caracterizado por pontos fixos de valor zero, chamados de nodos, e pontos de máximo também fixos, chamados de antinodos. São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma freqüência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos.

Pode-se obter uma onda estacionária através de uma corda fixa numa das extremidades.

Com uma fonte faz-se a outra extremidade vibrar com movimentos verticais periódicos, produzindo-se perturbações regulares que se propagam pela corda.

Ao atingirem a extremidade fixa, elas se refletem, retornando com sentido de deslocamento contrário ao anterior.

Dessa forma, as perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede, originando o fenômeno das ondas estacionárias.

Uma onda estacionária se caracteriza pela amplitude variável de ponto para ponto, isto é, há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós (ou nodos), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres.

É evidente que, entre nós, os pontos da corda vibram com a mesma freqüência, mas com amplitudes diferentes.

Como os nós estão em repouso, não pode haver passagem de energia por eles, não havendo, então, em uma corda estacionária o transporte de energia.

Considerando λ o comprimento de onda, temos que:

§  A distância entre dois nós consecutivos vale λ/2 .

§  A distância entre dois ventres consecutivos vale λ/2  .

§  A distância entre um nó e um ventre consecutivo vale λ/4  .

Além da corda, o fenômeno da onda estacionária pode ser observado em tubos, abertos ou fechados. O tubo aberto assemelha-se a cordas que tem ambas de suas extremidades fixas, podendo portanto gerar harmônicos tanto ímpares como pares. n λ/2 . sendo n = 1,2,3,4,5,...

O tubo fechado assemelha-se a cordas que tem uma de suas extremidades fixa e a outra livre. Gera portanto somente harmônicos ímpares. n λ/2 . sendo n = 1,3,5,...