La lent de Sondhauss i altres experiments amb el so

Explicava Adolphe Ganot, professor francès de Matemàtiques i de Física, en l’edició castellana de 1862 del seu Tratado elemental de Física experimental y aplicada:

Recientemente ha demostrado M. Sondhauss, en Alemania, que las ondas sonoras se refractan lo mismo que el calor y la luz.

Al efecto, construyó lentes gaseosas llenando de ácido carbónico varias cubiertas membranosas de forma esférica o lenticular. Con cubiertas de papel o de intestino no es sensible la refracción del sonido, pero con las de colodión alcanza un éxito completo el experimento.

M. Sondhauss cortó en un globo muy grande de colodión dos segmentos iguales, y los fijó en las dos caras de un anillo de palastro de 31 centímetros de diámetro, de manera que formasen una lente biconvexa, hueca y de unos 12 centímetros de espesor en el centro. Llenando luego de ácido carbónico la lente así formada, puso un reloj ordinario en la dirección del eje, y buscó en seguida en el otro lado de la lente los puntos en que era más intenso el sonido. Así observó que era apenas perceptible fuera del eje, pero que era muy distinto en éste a una regular distancia de la lente. Las ondas sonoras, pues, al salir de la lente convergen hacia el eje, lo cual demuestra que variaron de dirección, o lo que es lo mismo, que estaban refractadas.

Deia Ganot recentment perquè el professor de Física Karl Friedrich Julius Sondhauss (1815-1886) va publicar els estudis sobre la refracció dels gasos al 1854. En el seu honor ara li diem lent de Sondhauss a la lent sonora per l’estudi de la refracció del so. En el dibuix de sota, extret del volum 1 del llibre de 1882 de Amadeo Guillemin El Mundo Físico. El sonido, es veu la representació de l’experiment descrit a dalt.

Guillemin, A., 1882, El Mundo Físico. Volumen 1, El sonido.

Van passar 140 anys i de la mà d’Anicet Cosialls vaig comprovar la validesa de l’efecte de la lent de Sondhauss usant un globus de goma ple de diòxid de carboni obtingut barrejant vinagre i bicarbonat. Si es plena el globus d’un gas més lleuger que l’aire, de menys densitat, com l’hidrogen, en aquest cas les ones sonores divergeixen com la llum en una lent divergent i no es sent el rellotge o la radio a l’altra banda del globus.

Desprès del rellotge i l’orella es pot utilitzat un altaveu i un micròfon, com es veu en el vídeo de sota fet per alumnes de la Universitat Complutense de Madrid, i trobar exactament on és el focus de la lent sonora.


Però el professor Sondhauss va treballar altres aspectes del so, i en concret al 1850 va publicar un estudi sobre les vibracions sòniques de l’aire en tubs de vidre escalfats i en tubs coberts d’ample desigual en el que explicava l’efecte termoacústic produït en tubs tancats per un extrem.

Tub de Rijke

Pot ser és més conegut per tots nosaltres el anomenat tub de Rijke, en honor al professor de Física Petrus Leonardus Rijke. És un xiulet format per un tub metàl·lic o de vidre en el que es fica una reixeta metàl·lica dins, a la que s’escalfa amb un bec ficant el tub en posició vertical.

Quan la reixeta agafa suficient temperatura el tub comença a xiular amb una freqüència que depèn de la longitud del tub i de la temperatura de l’aire en el seu interior, freqüència més elevada que la que es produiria en un tub de les mateixes característiques però amb un corrent d’aire a temperatura ambient (un tub d’òrgan, per exemple). Si el tub es fica horitzontal deixa de sonar ja que s’atura el corrent d’aire ascendent. El professor Bruce Denardo el mostra molt bé en el següent vídeo:


A diferència del tub Rijke que funciona amb els dos extrems oberts, el tub de Sondhauss te un extrem tancat, però també genera sons si aquest extrem tancat està molt més calent que l’extrem obert. Aquest tub és un dels primers generadors de tons tèrmics i va ser descobert a la indústria del vidre bufat, però va ser Sondhauss qui primer el va descriure. En tot cas qui va explicar per primera vegada el funcionament de tots dos tubs, el de Rijke i el de Sondhauss va ser el molt més conegut científic Lord Rayleigh en la seva Teoria del so.

El tub de Sondhauss funciona de forma bàsicament similar al tub Rijke. Inicialment, l’aire de l’extrem tancat s’escalfa de manera que augmenta la pressió en aquest punt. En augmentar la pressió, l’aire calent flueix cap a l’extrem obert del tub que està més fred. L’aire transfereix la seva calor al tub i es refreda, marxant més enllà de l’extrem obert del tub. Després l’atmosfera empeny una mica d’aire a l’interior del tub, i el cicle es repeteix.

Igual que en el cas del tub de Rijke, es va descobrir que col·locant un escalfador porós com a un terç del tub augmentava considerablement la potència i l’eficiència del tub de Sondhauss, de manera que per a fer la demostració de l’efecte el tub s’escalfa per fora a l’altura d’una mica de llana d’acer esponjada que s’ha ficat al seu interior. Si l’extrem fred del tub es folra amb una capa de paper de cuina humit, que fa baixar la seva temperatura, també millora la producció de so.

En el següent vídeo, el youtuber Gain ensenya el funcionament d’un tub de Sondhauss fet amb un tub d’assaig:


Seguint amb els xiulets (encara que el tub de Sondhauss no és ben bé un xiulet ja que no hi ha una circulació continua d’aire) voldria comentar el cas del xiulet de tub corrugat o corrugàfon.

Aquí el pas de l’aire s’ha de forçar mecànicament, bé bufant per un extrem o fent-lo girar a l’aire agafat per una punta de manera que el moviment circular de l’aire en el seu interior l’impel·leix cap a la sortida que gira amb una velocitat lineal més gran.

En moure’s l’aire a l’interior del tub corrugat, a partir d’una determinada velocitat es produeixen continues anades i tornades del flux d’aire forçades per les entrades i sortides de la paret del tub, el que fa que soni quan la freqüència de les oscil·lacions de l’aire coincideixen amb la de ressonància del tub.

Si es va augmentant la velocitat angular del tub es pot aconseguir sentir diferents harmònics. Existeix un rang de velocitats per a cada harmònic prou ample per a que sigui fàcil mantenir els successius tons. Per a que es produeixi l’efecte es necessita un mínim de velocitat de l’aire, per la qual cosa és mol difícil aconseguir els primers harmònics del tub.

Podeu ampliar informació amb el professor Paul Doherty que va morir el 2017 però que mantenen la seva web, i també mirant el següent vídeo


Anuncis

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Google photo

Esteu comentant fent servir el compte Google. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir els comentaris brossa. Apreneu com es processen les dades dels comentaris.