Ondas Longitudinales. Tubo de Kundt

El sonido en el aire se propaga sólo por medio de ondas longitudinales: ondas en las cuales, el movimiento de las partículas consiste en oscilaciones de ida y vuelta en la dirección de propagación. En un sólido tal como una varilla de metal, el sonido se puede transmitir, tanto por ondas longitudinales, como transversales. En el experimento del tubo de Kundt, las ondas longitudinales de sonido se produce en una varilla de metal, que luego las transmiten a una columna de aire. Utilizando la velocidad del sonido en el aire y la fórmula de onda, se pueden determinar la frecuencia y la velocidad del sonido en la varilla.

El aparato consiste en un tubo de vidrio sobre una base metálica tal como se muestra en el diagrama. Una abrazadera en un extremo de la base mantiene una varilla metálica que tiene un disco de metal unido a un extremo. La varilla y el disco se extienden en el interior del tubo de vidrio, cuya posición se puede ajustar para centrar el tubo sobre el disco. Es importante asegurarse de que el disco no toque el vidrio porque las vibraciones de la varilla puede romper el vidrio. Un tapón cierra el otro extremo del tubo. La velocidad de cualquier onda está dada por:

donde f es la frecuencia y λ es la longitud de onda. Cuando la varilla está bien estimulada y puesta en vibración, se establecen en ella ondas estacionarias. Puesto que la varilla está sujeta en su punto central, este punto es un nodo (cero amplitud de movimiento) y los extremos que están libres para vibrar son antinodos (amplitud máxima de movimiento de partículas a lo largo de la dirección de la varilla).

Cuando la varilla está vibrando de esta manera, lo hace con su frecuencia fundamental y la longitud de la onda estacionaria es el doble de la longitud de la varilla.

Las vibraciones de la varilla son transmitidas por el disco al aire en el tubo cerrado de vidrio en un extremo. Las ondas que pasan al aire del tubo de vidrio, tienen la misma frecuencia que las de la varilla. Las ondas se reflejan en el extremo cerrado del tubo, y el aire en el tubo está por lo tanto sometido a la influencia de dos conjuntos similares de ondas que se desplazan en direcciones opuestas. Cuando la longitud de la columna de aire es un múltiplo de medias longitudes de onda, las dos ondas que viajan en sentidos opuestos producen ondas estacionarias. Las ondas estacionarias se caracterizan por puntos alternos de perturbación máxima y mínima, llamadas respectivamente nodos y antinodos. Estos nodos y antinodos puede ser detectados por polvo de corcho colocado en el tubo, el polvo de corcho muestra los característicos patrones de vibración estriados de los antinodos. La distancia entre dos patrones sucesivos, es por tanto, la mitad de la longitud de onda del sonido en el aire.