Ondas Estacionarias

Los modos de vibración asociados con la resonancia en los objetos extendidos como cuerdas y columnas de aire, tienen patrones característicos llamados ondas estacionarias. Estos modos de onda estacionaria surgen de la combinación de la reflexión y la interferencia, de tal manera que las ondas reflejadas interfieren constructivamente con las ondas incidentes. Una parte importante de la condición de esta interferencia constructiva en las cuerdas tensadas, es el hecho de los cambios de fases de las ondas por la reflexión desde un extremo fijo. Bajo estas condiciones, el medio aparece vibrar en segmentos o regiones y el hecho de que estas vibraciones se compongan de ondas de propagación, no es aparente -de ahí el término de "onda estacionaria"-.

El comportamiento de las ondas en los puntos de mínima y máxima vibración (nodos y antinodos) contribuye a la interferencia constructiva que forman las ondas estacionarias resonantes. La ilustración de arriba consiste en ondas transversales en una cuerda, pero las ondas estacionarias también se producen con las ondas longitudinales en una columna de aire. Las ondas estacionarias en columnas de aire también forman nodos y antinodos, pero los cambios de fase implicados deben ser examinados por separado.

Ondas Estacionarias

El término onda estacionaria suele aplicarse a un modo resonante de un objeto extendido vibrante. La resonancia es creada por la interferencia constructiva de dos ondas que viajan en direcciones opuestas en el medio, pero el efecto visual es el de un sistema completo que se mueve en un movimiento armónico simple. Los dibujos ilustran la fundamental y la segunda onda armónica estacionaria de una cuerda tensada.

Desplazamiento y Presión

Las ondas estacionarias asociadas con la resonancia en una columna de aire, han sido estudiadas principalmente, en términos del desplazamiento del aire en la columna. También pueden ser visualizadas en términos de las variaciones de presión en la columna. Un nodo de desplazamiento es siempre un antinodo de presión y viceversa, como se ilustra abajo. Cuando se ve el aire en los alrededores de un nodo, el movimiento del aire será alternativamente apretándose hacia ese punto y expandiéndose lejos de él, haciendo que la variación de la presión sea máxima. Este punto de vista de los modos resonantes en términos de ondas de presión, hace que sea más fácil de ver por qué el extremo de la boquilla de un instrumento de viento es un nodo para las resonancias. Por ejemplo, el clarinete es acústicamente una columna de aire cilíndrica de extremo cerrado, porque el extremo de la boquilla actúa como un antinodo de presión. Un oboe es inducido a producir su registro superior mediante la apertura de un orificio cerca de la boquilla, liberando presión para hacer de ese punto un nodo de presión, y por lo tanto un antinodo de desplazamiento.

Presión y Desplazamiento. Columna de Aire

Las ondas estacionarias asociadas con la resonancia en una columna de aire, han sido estudiadas principalmente, en términos del desplazamiento del aire en la columna. También pueden ser visualizadas en términos de las variaciones de presión en la columna. Un nodo de desplazamiento es siempre un antinodo de presión y viceversa, como se ilustra abajo. Cuando se ve el aire en los alrededores de un nodo, el movimiento del aire será alternativamente apretándose hacia ese punto y expandiéndose lejos de él, haciendo que la variación de la presión sea máxima. Este punto de vista de los modos resonantes en términos de ondas de presión, hace que sea más fácil de ver por qué el extremo de la boquilla de un instrumento de viento es un nodo para las resonancias. Por ejemplo, el clarinete es acústicamente una columna de aire cilíndrica de extremo cerrado, porque el extremo de la boquilla actúa como un antinodo de presión.

Una manera de demostrar las ondas estacionarias en una columna de aire es, golpeándo una varilla de metal para establecer una onda estacionaria longitudinal en la misma. Si se coloca un disco en el extremo de la varilla, se pueden producir ondas estacionarias en la columna de aire. El movimiento del aire en los antinodos es suficiente para mover el polvo de corcho y producir un patrón con él. La ilustración de la izquierda es parte de un tubo de Kundt diseñado para producir ondas estacionarias. Vídeo del Tubo de Kundt