Frecuencia del sonido al soplar en una botella

Sí. Esto se llama resonancia de Helmholtz o resonancia de cavidad, que es una aplicación importante en acústica. Puede encontrar conjuntos más grandes de frecuencias de muestra registradas en botellas de coca cola en Hiperfísica ...

En mi comprensión básica: el aire en la botella exhibe una sola frecuencia resonante. Cuando se sopla un volumen adicional de aire en la cavidad cerrada, el aire se desbordará y la presión disminuirá dentro de la botella. Debido a la baja presión recién producida , el aire del exterior se precipita hacia adentro. Por lo tanto, el aire oscilará hacia adentro y hacia afuera del recipiente durante algunos ciclos a alguna frecuencia natural.

Por lo tanto, se determina que la frecuencia del sonido en una botella cerrada de este tipo es

Edite para simetría y complemento de agua: la fórmula anterior podría usarse para una cavidad de aire (según su pregunta). Pero en el caso de una botella llena de agua (si necesita una respuesta adecuada), el experimento se vuelve algo complicado porque debemos tener en cuenta las propiedades del sonido en el agua . Por ejemplo,$v_{air}$es de apenas 340 m/s mientras que$v_{water}$es tan alto como 1484 m/s . Es fácil de hacer si anotamos algunas frecuencias usando diferentes volúmenes de agua (usando la misma botella), y concluyendo una relación general entre frecuencia y volumen. Esto podría lograrse fácilmente a través de un gráfico...

Este es el$f$contra$1/\sqrt{V}$gráfica trazada por un grupo de buenos (para una botella de coca cola de 0,6 litros). Esta curva da la ecuación de una línea recta que dice que

La botella se comporta como un cilindro cerrado , por lo que la distancia entre la boca de la botella y su base,$d$, está simplemente relacionado con la longitud de onda del sonido fundamental por$\lambda = d/4$.

La forma de la botella afecta el tono porque hace que la energía se transfiera a armónicos de la frecuencia fundamental. Sin embargo, no conozco ninguna forma fácil de calcular las intensidades relativas de los armónicos a partir de la forma de la botella.

Sería difícil de calcular para una botella. Depende tanto de la forma como del volumen. Si piensas en el aire como un resorte. Un resorte tiene masa, por lo que actúa como si tuviera un peso sobre él. Si la botella está de pie, solo un poco de aire en el cuello se mueve rápidamente, por lo que la frecuencia es más alta. Si lo coloca encima, también hay una larga columna de aire en movimiento (una mayor parte de la masa tiene que moverse más). Esto efectivamente agrega carga al resorte reduciendo ligeramente la frecuencia. La frecuencia de un tubo de lados rectos con un extremo cerrado podría calcularse transponiendo la fórmula de la longitud de onda estacionaria para el sonido reflejado. f≈340/4L
Velocidad del sonido en m/s y L en metros.