ESTE EXPERIMENTO ES NECESARIO REALIZARLO BAJO LA SUPERVISIÓN DE UNA PERSONA CAPACITADA EN GASFITERÍA
Funcionamiento
El sonido es una perturbación que hacemos a un determinado medio físico (como aire, agua, metal, etc.) de tal modo que lo que producimos en él es una onda mecánica de naturaleza longitudinal. En el caso del aire son las partículas que lo componen las que vibran, y la frecuencia y amplitud de esta vibración dependerán de la fuente sonora que las esta produciendo. Así por ejemplo cuando tocamos la cuerda de una guitarra, ésta comienza a vibrar y es esa vibración la que perturba el medio que lo rodea (aire en este caso). Entonces la cuerda vibrante perturba a las moléculas de gas que están a su alrededor, haciéndolas oscilar con la misma. En otras palabras, lo que hace la cuerda es modificar la densidad del aire, lo hace oscilar, y esta perturbación se transmite como una onda longitudinal por todo su rededor, provocando que la concentración de partículas gaseosas varíe en el tiempo mientras pasa por ahí la onda sonora. Para una mayor claridad visual del fenómeno, ver estos videos:
Onda Sonora: http://www.youtube.com/watch?v=QxEAy915v7o
Onda Longitudinal: http://www.youtube.com/watch?v=KbielPY7QA0&NR=1&feature=fvwp
Teniendo claro lo anterior, podemos comprender con mayor facilidad el experimento.
Cuando comienza a salir sonido por el parlante, lo que esta ocurriendo es que es el parlante mismo el que esta vibrando, transmitiendo así esa perturbación a través del aire, hasta que ésta llega a la membrana de látex que se encuentra en uno de los extremos del tubo. Así la oscilación del parlante que es transmitida al aire y luego a la membrana de látex, siendo esta última, a raíz de su vibración, la que transmite la oscilación al gas del tubo, dicha perturbación genera diferencias de presión al interior del tubo. En efecto, habrá zonas donde haya mayor concentración de partículas de gas, lo que se traduce en mayor presión del gas en ese sector; asimismo habrá zonas con menor concentración de partículas de gas haciendo que en esos lugares la presión del gas sea menor. El que haya diferencias de presión al interior del tubo genera que el gas saldrá con mayor densidad por aquellos orificios en donde la presión sea alta, y al contrario en sectores donde la presión sea baja. De este modo, las llamas de fuego son más grandes en los sectores del tubo donde hay mayor presión de gas.
El experimento entonces consiste en enviar una onda sonora sinusoidal con una frecuencia constante, es decir, un tono dado. Una vez la onda perturba la membrana, esta a su vez altera el gas de tal modo que lo hace oscilar estacionariamente. Esto ocurre porque una vez que la membrana envía ondas longitudinales usando el gas del tubo como medio, estas se reflejan cuando llegan al otro extremo rígido del tubo, como la frecuencia, longitud y amplitud de la onda es constante, se produce una interferencia al interior del tubo entre las ondas salientes (de la membrana de látex) y las reflejadas (del extremo rígido), produciéndose así puntos donde la interferencia es destructiva (nodos) y puntos donde la interferencia es constructiva (antinodos). En estos últimos puntos es donde la amplitud de la onda es más grande y eso se evidencia claramente en el fuego. Entonces, lo que observaremos en el experimento es que a medida que cambiamos la frecuencia de la señal que enviamos por el parlante, cambiará también la longitud de las ondas estacionarias que se forman en el interior del tubo. Así, a medida que más incrementamos la frecuencia de la señal, mas "cerritos" de fuego vamos a ver en el tubo, es decir, mientras más grande es la frecuencia más pequeña es su longitud de onda. En resumen, lo que está ocurriendo mientras el gas se comporta estacionariamente es que habrá sectores, claramente definidos, donde la concentración de partículas será mayor, por tanto la presión lo será y así también la amplitud de la llama. En efecto, si todo sale bien, observaremos el comportamiento sinusoidal de la onda emitida por el parlante, pero ilustrada en el fuego.
