¿Cómo genera sonido un flujo constante de viento?

La descripción completa del flujo de fluido viscoso (es decir, las ecuaciones de Navier-Stokes ) no es lineal y puede depender sensiblemente de las condiciones iniciales. Lo que esto significa en términos prácticos es que no siempre puedes contar con tu intuición.

La evolución de las calles del vórtice de Kármán unidas por mbq a partir de flujo laminar alrededor de un obstáculo son una demostración clásica. (Y lo suficientemente fácil para que un determinado estudiante de secundaria cree en el garaje para un proyecto de ciencias, aunque es probable que las cosas se mojen...)

De todos modos, una vez que el viento comienza a hacer cosas no lineales, puede generar tensiones periódicas, y de ahí se obtiene el silbido o el zumbido que todos conocemos y amamos. Agregue una cavidad resonante y podrá amplificar tonos puros agradables, que es la versión breve de cómo funciona esto en los instrumentos de viento.

Realmente hay dos partes en su pregunta. En primer lugar, ¿cómo afecta el viento al movimiento del papel y cómo se acopla ese movimiento con el comportamiento del viento?

Para el caso de una bandera ondeando debido al viento (que puede o no ser aplicable dependiendo de lo que se tenga en mente), la física de la inestabilidad que lleva al ondear ha sido elaborada en un artículo bastante célebre de 2005 por Argentina y Mahadeván . Argumentan que:

[...] en un límite particular correspondiente a un fluido de baja densidad que fluye sobre una bandera blanda de alta densidad, la inestabilidad del aleteo es similar a una resonancia entre el modo de oscilación de un perfil aerodinámico pivotante rígido en un flujo y un ala articulada. placa elástica libre vibrando en su modo más bajo.

Sospecho que este documento y probablemente algunos de los documentos que lo citan serían el lugar adecuado para buscar. Como puede ver, esta parte de la pregunta que ha hecho es de bastante interés en la investigación actual.

En segundo lugar, ¿cómo genera sonido este movimiento? Esta también es una pregunta interesante, pero sé menos sobre esto. Supongo que algunos modos vibratorios resonantes de la hoja de papel sobre la que está preguntando (aquellos involucrados en los modos de aleteo descritos por Argentina y Mahadevan) generan el sonido. Pero no sé mucho sobre generación de sonido o acústica.

Siempre se trata de una resonancia entre el elemento que vibra y un mod de presión en algún resonador (en caso de borde afilado, el borde mismo oscila).
Creo que las oscilaciones en sí son producidas por los vórtices turbulentos que forman la calle Kármán detrás de la caña o el borde.

EDITAR: incluso encontré una referencia: http://arxiv.org/abs/physics/0008053v1

EDIT2: en detalle, el proceso comienza con un borde estático en flujo laminar; la velocidad del flujo aumenta y, finalmente, el número de Reynolds supera el valor crítico en el que las líneas de corriente comienzan a separarse del borde, primero formando vórtices en la calle Karman (esto se denomina inestabilidad de Strouhal) y luego un flujo turbulento totalmente aleatorio. Los vórtices interactúan con el borde "empujándolo" de manera bastante aleatoria (la calle Karman tiene cierta frecuencia, pero creo que solo importa para algunos casos estrechos); ahora el proceso es impulsado por resonancias. El borde tiene unas frecuencias de resonancia, el aire alrededor también puede tenerlas si está encerrado en algún recipiente, en el caso de algunos instrumentos también intervienen los labios del músico -- todo eso por algún tipo de filtro mecánico que amplifica ciertas frecuencias (instrumentos) o rangos de frecuencias (configuraciones aleatorias). Finalmente,

Este es un problema similar a los vórtices de karman que se desarrollan alrededor de cables/tuberías cuando el viento sopla a su alrededor. Cuando cada vórtice se desprende y se libera de la capa límite, se desarrolla un "ascensor" aerodinámico reactivo que podría mover la estructura. Cuando la estructura regresa, obliga al siguiente vórtice a arrojar el efecto. Es como empujar un péndulo. Si presionas en el momento adecuado, incluso una pequeña fuerza puede tener un gran efecto.

Cable de búsqueda al galope, vibraciones eólicas y ruido de viento estructural. Tenga en cuenta que con los cables, el viento puede excitar el armónico básico 160-th del sistema, y ​​no los primeros como cabría esperar. Esto se debe a que la turbulencia interna en el viento resuena según el número de Strouhal y podría ser del orden de 40 Hz a 160 Hz.

¿Cómo genera sonido un flujo constante? El flujo de aire a lo largo de un límite suave crea oscilaciones de la capa límite de armónicos simples (SH) de cresta larga (ondas de corte de Tollmien-Schlichting u ondas TS) como lo demostraron Schubauer y Skramstad y Skramstad, 1941). Lo que se ha pasado por alto a lo largo de los años es que la oscilación de una masa en un fluido crea una onda de sonido y, por lo tanto, las oscilaciones armónicas simples (aleteo) de una masa de fluido, que fluye en capas a lo largo de un límite, crean un sonido armónico simple. No es sorprendente que Schubauer y Skramstad insertaran una cinta ferromagnética en el fluido de la capa límite, lo que demuestra que las vibraciones SH de la cinta inducidas electromagnéticamente podrían crear, amplificar o amortiguar las ondas TS que preceden al inicio de la turbulencia. A medida que estas oscilaciones de la capa límite se deslizan por el borde,