Resonancia de Cavidad

Una cavidad de aire muestra una sola frecuencia de resonancia. Si se introduce aire adicional en el volumen y luego se libera, la presión lo expulsará. Pero actuando algo así como en una masa sobre un resorte, en el cual se tira hacia abajo y luego se suelta, se sobrepasará y se producirá un ligero vacío en la cavidad. El aire oscilará entrando y saliendo del contenedor, durante unos pocos ciclos a su frecuencia natural. Los factores determinantes de la naturaleza cualitativa de la frecuencia:

En realidad, la frecuencia depende de la raiz cuadrada de estos factores y también de la velocidad del sonido, como se puede ver en el cálculo real de la frecuencia. Sin embargo, la ilustración de arriba muestra los factores físicos que intervienen en la determinación de la frecuencia de resonancia.

Oscilaciones de Cavidad

La frecuencia de resonancia de cavidad simple, sugiere un paralelismo con la frecuencia de resonancia simple de una masa sobre un muelle. De hecho, a veces en relación con tales oscilaciones se utiliza el término "masa acústica".

Tratando la resonancia de una cavidad como la oscilación de una masa de aire, se puede establecer intuitivamente por qué las propiedades físicas afecta a la frecuencia de resonancia de la manera que lo hace. Se puede visualizar el proceso de introducir más aire en la cavidad para producir una sobrepresión. Esa sobrepresión representa energía almacenada en una forma análoga a elevar una masa colgando de un resorte, por encima de su posición de equilibrio. Si la abertura de la cavidad es mayor, el exceso de aire puede escapar más rápidamente para llevar la presión interior de la cavidad al equilibrio con la atmosférica, y esto conduce a una superior frecuencia de resonancia de cavidad. Si el cuello de la cavidad es más largo, hay más resistencia al flujo del exceso de aire y la frecuencia de resonancia disminuye. Si el volumen de la cavidad aumenta, entonces se necesita un mayor exceso de masa de aire para producir una sobrepresión determinada, y por lo tanto, llevará más tiempo para que el exceso de presión sea liberado. La cavidad más grande tendrá pués, una frecuencia resonante más baja.

De nuevo, visualizando la masa sobre un muelle, sabemos que si se levanta por encima del equilibrio y se permite que caiga, no se detendrá cuando llegue a ese punto de equilibrio, sino que lo sobrepasará y oscilará alrededor del mismo, porque el trabajo que se hizo para levantar la masa, puso energía en el sistema elástico. Asimismo, cuando se ha realizado trabajo para aumentar la presión en una cavidad, se le ha dado energía y conforme sale el aire, se superará el equilibrio (presión atmosférica), y se producirá un ligero vacío en la cavidad. Este sistema elástico produce una resonancia de cavidad, pero está altamente amortiguado y no continuará oscilando tanto como una masa sobre un muelle.

Aplicaciones de Resonancia de Cavidad

Frecuencia Resonante de Cavidad

Un análisis cuantitativo de la resonancia de cavidad da la expresión de frecuencia

La frecuencia, el área, el volumen, o la longitud, se pueden calcular haciendo clic sobre la cantidad deseada de la fórmula activa de arriba. Los valores de datos no introducidos, tomarán valores experimentales para la botella de plástico de cola usada en el ejemplo. Se pueden cambiar todos los parámetros.

A = cm2 = m2 = pi2 V = cm3 = m3 = pi3 L = cm = m = pi La frecuencia resonante de cavidad es f = Hz Para T= C la velocidad del sonido es m/s