Entiendo cómo se crean los patrones de ondas estacionarias en las cuerdas: a una cierta resonancia/frecuencia natural de la cuerda, se crea una onda estacionaria, lo que aumenta la amplitud del sonido y se crean ondas estacionarias en la cuerda.
Sin embargo, para los tubos abierto-abierto y abierto-cerrado, los antinodos y los nodos se representan con gráficos de posición de desplazamiento o gráficos de posición de presión, y es difícil imaginar cómo se forman físicamente dentro de la columna de aire.
Mi maestro me dijo que son el resultado de ondas de presión longitudinales (ondas de sonido) que se reflejan desde extremos cerrados o abiertos para establecer patrones de ondas estacionarias, pero no veo cómo pueden "reflejarse" en un extremo abierto.
Las ondas acústicas se reflejan en los extremos abiertos porque justo en el extremo abierto hay una discontinuidad de impedancia repentina, y cada vez que tienes uno de esos, obtendrás un reflejo de la onda incidente.
Es fácil visualizar esto para el caso de un tubo con un extremo cerrado, que representa una impedancia extremadamente alta: la onda de presión entrante se acumula contra la pared inamovible en el extremo cerrado y rebota, como una ola de agua golpeando el mar. muro. Es más difícil visualizar esto en el caso de tubo abierto, pero lo intentaré aquí:
Es más fácil que una onda de compresión acústica se propague a través del aire libre que que la misma onda viaje por un tubo. Esto significa que cuando la onda de compresión que baja por el tubo se encuentra con aire libre justo fuera de él (¡menor impedancia!), la onda sale ansiosamente y desaparece al aire libre, lo contrario del caso cuando golpea un extremo cerrado.
Ahora tienes una situación en la que la ola que sale trata de sacar un poco de aire extra por el extremo abierto del tubo, y el resto del aire dentro del tubo se estira, y por lo tanto tira hacia atrás, y parte de la ola entonces vuelve a encajar dentro del tubo, yendo en sentido contrario.
La energía de una onda se comparte entre la energía cinética del medio en movimiento y la energía potencial debido a alguna fuerza restauradora. El equilibrio entre ellos es importante: si cambia en algún punto, se interrumpe la propagación de la energía.
Una tubería cerrada es similar a un extremo fijo de una cuerda: no hay movimiento allí, demasiada fuerza de restauración, por lo tanto, un reflejo.
Un tubo abierto es como un extremo libre (es decir, cortado) de una cuerda: no hay fuerza de restauración, por lo que toda la energía se convierte en cinética. En el caso de la cuerda, esto se debe a que no hay otro trozo de cuerda para tirar hacia abajo y el extremo libre se mueve mucho. En la tubería, un extremo abierto significa que la onda de presión puede expandirse en muchas direcciones, sin que la tubería la confine empujando hacia adelante y hacia atrás. La energía pasa principalmente al movimiento, no a la compresión/expansión, por lo que hay un reflejo.