Resonancia en una Columna de Aire

Las frecuencias de resonancia de las columnas de aire dependen de la velocidad del sonido en el aire, así como de la longitud y geometría de la columna de aire. Las ondas de presión longitudinales se reflejan en los extremos abiertos y cerrados de las columnas y establecen los patrones de ondas estacionarias. De importancia en la visualización de estas ondas estacionarias, son las localizaciones de los nodos y antinodos de presión y desplazamiento del aire en la columna.

Para una temperatura T= C la velocidad del sonido es m/s.

Cilindro abierto	Cilindro cerrado	Cono cerrado
Longitud L=m	Longitud L=m	Longitud L=m
Hz	Hz	Hz
Hz	Hz	Hz
Hz	Hz	Hz
Hz	Hz	Hz
Hz	Hz	Hz

Se pueden cambiar cualquiera de estos valores. Si no se entran datos, se toman por defecto una columna abierta de 1 metro de longitud a la temperatura de 20ºC.

Aplicación en Instrumentos Musicales

Columna de Aire en Cilindro Abierto

Una columna de aire cilíndrica con ambos extremos abiertos, vibrará con un modo fundamental tal que, la longitud de la columna de aire mide media longitud de onda de la onda sonora. Para el movimiento del aire, cada extremo de la columna debe ser un antinodo,

puesto que los extremos están abiertos a la atmósfera y no pueden producir significativos cambios de presión. En el modo fundamental, hay un nodo en el centro. La fórmula de onda básica, conduce a la frecuencia fundamental:

La columna de aire abierta puede producir todos los armónicos. Los cilindros abiertos, se emplean musicalmente en la flauta, la flauta dulce, y el tubo de órgano abierto.

Armónicos en una Columna de Aire Abierta

Una columna de aire puede producir todos los armónicos de la fundamental. Las posiciones de los nodos y antinodos están invertidas en comparación con los de una cuerda vibrante, pero ambos sistemas pueden producir todos los armónicos. Los patrones sinusoidales indican los nodos y antinodos de desplazamiento de los armónicos. Un nodo de presión corresponde a un antinodo de desplazamiento, y los patrones armónicos también pueden ser visualizados en términos de presión de aire o patrones de densidad.

Ondas Estacionarias en la Columna de Aire

Esta es una representación de las variaciones de presión de aire y de densidad para los primeros cinco modos de ondas estacionarias de un cilindro abierto. Los extremos están obligados a ser nodos de presión, estando esencialmente a la presión atmosférica. Un medio ciclo más tarde, todos los puntos de alta presión serán puntos de baja presión, y viceversa.