¿Por qué una cuerda de saltar produce sonido cuando va a suficiente velocidad?

Question

Me preguntaba cómo se producen exactamente las ondas sonoras con una cuerda de saltar. Específicamente una de plástico, pero creo que debe ocurrir en todos los materiales.

Se me ocurren dos posibles explicaciones:

1. La cuerda se desplaza por el aire lo suficientemente rápido como para empujar las moléculas de aire y crear así una onda de compresión. Y otra cuando las moléculas chocan entre sí detrás de la cuerda.
2. La fricción de la cuerda con el aire crea el sonido (¿cómo?).

¿Son acaso lo mismo? No estoy seguro de cómo exploraría la validez de estas hipótesis.

Answer 1

El sonido generado aerodinámicamente es un tema maduro. Hay algunas notas de clase relevantes aquí: http://people.bath.ac.uk/ensmjc/Notes/tnoise.pdf (Aunque si tienes acceso merece la pena que leas el relato de Lighthill de 1952).

En esencia, puede demostrarse que las correlaciones de las tensiones de Reynolds (recuérdese que una tensión no es más que un flujo de momento) debidas a fluctuaciones regulares o turbulencias en el flujo equivalen a una distribución de cuadrapolos acústicos, generadores por tanto de sonido.

Si se desea una comprensión heurística, merece la pena repasar el experimento mental de la generación de sonido debido a una esfera pulsante. El campo de velocidad del fluido se relaciona con la presión mediante las ecuaciones de Navier-Stokes. Se puede demostrar entonces que las fluctuaciones del momento impartido por la esfera pulsante al fluido generan un campo de presión y, por tanto, se crea el sonido.

Answer 2

No estoy muy seguro de esto, pero he encontrado algo que podría gustarte. Cuando el aire (especialmente el turbulento) pasa por encima de un obstáculo, se generan remolinos. Estos remolinos producen un tono bajo continuo. Para un obstáculo cilíndrico, la frecuencia viene dada por:

$f = \frac{\alpha.v}{d}$ donde $v$ es la velocidad del aire cerca de la superficie del obstáculo, $\alpha$ es el número Strouhal~0,2 (véase Número Strouhal) , y $d$ es el diámetro del cilindro.

En el caso de una cuerda de saltar, actúa como un cilindro que corta el aire, por lo que en relación con la cuerda, el aire es turbulento a su alrededor y se aplica la ecuación anterior (estadísticamente). Para más información Sonido eólico.

Answer 3

Supongamos una cuerda de saltar en forma de parábola giratoria fijada en dos extremos por el agarre de la mano, girando a una velocidad angular que acelera y desacelera según su posición ya sea arco ascendente o arco descendente sin tirones.

las superficies delanteras de la cuerda que es un medio cilindro barrerán y recogerán algunas moléculas de aire y construirán una cuña de aire comprimido mientras que la parte trasera ha creado un vacío.

La cuña delantera se colapsará con el derrame del aire cuando la presión sea suficiente para dar una velocidad supercrítica a las moléculas de aire para escapar y dar la vuelta a la zona de baja presión en la parte trasera.

Esta rápida acumulación de presión y descompresión es una de las fuentes del sonido de las cuerdas.

La interacción de este frente de onda paraboloide con su propia estela después de cada giro crea armonías adicionales.

La interacción de esta onda con el suelo le confiere un efecto de batido.

Por otro lado, hay aire que se adhiere y arrastra a lo largo de la cuerda hasta que es expulsado en ondas de choque en el aire con aspecto de serpiente vibrante.

Se trata de una imagen muy intuitiva, no técnica e incompleta de la mecánica del fenómeno.

Answer 4

Igual que puedo oír tu respiración y las vibraciones de tus cuerdas vocales para producir tu voz.

Una cuerda hace ruido al ser batida por el aire (resistencia del aire)

Cuando la cuerda choca contra el suelo al saltar la golpeas con suficiente velocidad y fuerza como para que rebote en él y puedas ver brevemente la onda expansiva en la cuerda (temporalmente) deformada.

Vea el siguiente vídeo

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