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Experimentos para el aula-laboratorio.                             Dra. Andrea L. Fourty
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El sonido
El sonido, desde el punto de vista de la física, es cualquier fenómeno que involucre la
propagación de ondas mecánicas elásticas a través de un medio material. Para que se
genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente, para que se propague debe existir
un medio material en el que se transmita la onda y para que el sonido sea humanamente
audible la onda que lo caracteriza debe cumplir con ciertas cualidades.

Las ondas sonoras son ondas mecánicas elásticas u ondas de compresión. Eso significa
que para propagarse precisa de un medio (sólido, líquido o gaseoso) que transmita la
perturbación. El sonido viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento
en el aire, y en el vacío no se propaga. Es el propio medio el que propicia la propagación de
estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es
imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no
permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin medio elástico no habría sonido, ya
que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.

Los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en los que la vibración de las
partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la
dirección de propagación. Este tipo de ondas se denominan ondas longitudinales.

CUALIDADES DEL SONIDO:

El oído distingue unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan
existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las siguientes cualidades: intensidad, tono
y timbre. Cada una de estas cualidades está asociada a una magnitud física.

Intensidad - Propiedad que hace que éste se capte como fuerte o como débil. Está
relacionada con la intensidad de la onda sonora correspondiente, también llamada
intensidad acústica. La intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de
energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.
La amplitud está relacionada con el volumen, que se mide en decibeles.

La magnitud de la sensación sonora depende de la intensidad acústica, pero también
depende de la sensibilidad del oído. El intervalo de intensidades acústicas que va desde el
umbral de audibilidad, o valor mínimo perceptible, hasta el umbral del dolor. Cerca de la
fuente sonora el volumen es más intenso que lejos de la fuente sonora. A medida que la
onda se propaga por un medio material, la amplitud de la onda se atenúa. Cuánto se atenúa
la onda depende del medio en que se propague.

Tono - El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la
escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud
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física que está asociada al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves
corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas.

Timbre - El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos procedentes de
diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad. Debido a esta misma
cualidad es posible reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada
individuo.

Ideas centrales que se abordarán con los experimentos

      El sonido se genera de diferentes maneras: golpeando, soplando, frotando,
       pulsando.
      Siempre que se produce sonido hay un objeto que vibra.
      El sonido se transmite a través de medios materiales. Es necesaria la presencia de
       un medio material para que el sonido se propague. En el aire el sonido se transmite
       como una onda longitudinal.
      La onda responsable de la propagación del sonido, al encontrase con un obstáculo
       se divide en dos: una reflejada y otra transmitida. Por lo tanto el sonido puede ser
       transmitido, absorbido y reflejado.
      El sonido se transmite de diferentes maneras por diferentes medios materiales. A
       medida que se aleja de la fuente que lo produce el sonido se va amortiguando. La
       distancia a la que se amortigua depende del material por el que se está propagando.
       Hay materiales poco absorbentes y materiales muy absorbentes.
      Muchas veces es necesario amplificar el sonido para que pueda ser oído.
      Hay distintos tipos de sonido: agudos –graves. El tono está relacionado con la
       longitud de onda de la vibración. Distintos instrumentos producen sonidos con
       diferentes timbres.
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Primera parte

EL SONIDO

Objetivos

       Identificar el “tono” como cualidad del sonido, y las variaciones físicas que permiten
        que un mismo instrumento produzca distintos tonos.
       Analizar la propagación del sonido por distintos medios.



Actividad 1: Produciendo distintos tonos I

Materiales:
       una regla de plástico

Procedimiento:

Coloca una regla sobre la mesa con la mitad de su
largo en el aire.

Golpea en un extremo de manera que la regla vibre.
Escucha con atención el tipo de sonido que se
produce.

Desplaza la regla de manera que quede en el aire una parte más corta que antes. Repite el
procedimiento anterior.

Desplaza la regla de manera que quede en el aire una parte más larga que la primera vez.
Repite el procedimiento anterior.

¿Qué sucede con el sonido cuando se varía la longitud de la parte de la regla que vibra?
Cuando gran parte de la regla está en el aire, ¿el sonido es más alto o más bajo?




Actividad 2: Produciendo distintos tonos II

Materiales:
       cuatro recipientes de vidrio de boca ancha de la misma forma y tamaño
       una cuchara de madera, agua
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Procedimiento

Llena uno de los recipientes con agua hasta arriba. El
segundo, con agua hasta 2 cm. del borde. El tercero, hasta 4
cm. del borde. Deja el cuarto recipiente sin agua.

Golpea suavemente el costado de cada recipiente con la
cuchara de madera.

Cada recipiente emitirá una nota con un tono diferente. ¿Qué
recipiente emite la nota más alta y cuál la más baja?




Actividad 3: Produciendo distintos tonos III

Materiales:
      Cinco botellas de vidrio de igual tamaño
      Agua
      un embudo
      Una cuchara de madera

Procedimiento:

Con ayuda de un embudo, vierte agua
en cuatro de las botellas del siguiente modo: una
debe quedar agua hasta el borde, otra un cuarto
de su capacidad; otra, hasta la mitad, la cuarta,
hasta los tres cuartos. La quinta botella debe
quedar vacía.

Sopla suavemente por el pico de cada botella, de manera alternada. ¿Qué sucede con los
sonidos? ¿Qué botella produce la nota más alta?

Golpea suavemente con la cuchara de madera cada botella, de manera alternada. ¿Qué
sucede con los sonidos? ¿Qué botella produce la nota más alta?

Ensaya una explicación de este comportamiento.



Actividad 4: Produciendo distintos tonos IV

Materiales:
      envases vacíos de plásticos, cajas o tubos de cartón
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      bolsas de plástico
      cuerda resistente
      cinta adhesiva
      tijeras

Procedimiento:

Corta los lados de la bolsa de plástico y ábrela.

Coloca uno de los envases sobre el plástico y recórtalo
dejando 7cm – 10 cm alrededor.

Sostén el plástico tirante sobre el envase y átalo con la cuerda o pégalo con cinta adhesiva.

Toca el tambor con los dedos.

Construye tambores de diferentes tamaños y compara sus características con los sonidos
que producen.

Actividad 5: El sonido se propaga por diferentes medios I

Materiales:
      diapasón
      mesa de madera

Procedimiento:

Golpea un diapasón con un taco de madera y luego apoya su mango sobre la mesa. ¿Qué
sucede con el sonido?



Actividad 6: El sonido se propaga por diferentes medios II

Materiales:
      flauta de plástico vieja
      jarra alta con agua

Procedimiento:

Tapa los agujeros de la flauta con los dedos.

Sopla. Escucharás una nota baja.

Respira hondo y sopla mientras introduces la flauta en la jarra con
agua. ¿Qué sucede con el tono de la nota?

Respira y sopla otra vez mientras sacas la flauta del agua.

¿Cómo cambió el sonido?
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Actividad 7: El sonido se propaga por diferentes medios III

Materiales:
      dos cucharas de metal
      un cordón o hilo de algodón

Procedimiento:

Ata las cucharas en la mitad del cordón y sacúdelas.

Coloca el extremo del cordón en tus oídos y mueve las cucharas otra vez.

¿El sonido es diferente?



Actividad 8: El sonido se propaga por diferentes medios IV

Materiales:
      Dos vasitos plásticos descartables
      Hilo de algodón largo
      Clavitos o agujas para hacer orificios.

Procedimiento

Se perfora el fondo de los vasitos. Se pasa el hilo por los orificios y se anuda. Con el hilo
tenso, se habla desde un vasito y se escucha desde el otro. Cuanto más largo es el hilo, más
interesante el resultado. Pueden anudarse dos conjuntos de vasito-hilo entre sí y hacer
comunicaciones en “teleconferencia”.

* ¿Se escucha con claridad lo que dice su compañero que está en el otro extremo?

* Si se afloja el hilo, ¿se sigue escuchando? ¿Por qué?

* Si mientras se comunican, otro compañero toma el hilo entre sus dedos, ¿se transmite el
sonido? ¿Por qué?



Actividad 9: Cualidades del sonido: timbres

Materiales:
      Melodía grabada con su correspondiente reproductor
      Distintos instrumentos musicales

Procedimiento

Se escucha la melodía. Distinguir los instrumentos que la ejecutan. ¿qué característica hace
que podamos saber si el instrumento que está sonando es un piano o un violín, una guitarra
o una flauta, etc.?
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Se hace sonar la misma nota con distintos instrumentos musicales. Se discuten a qué se
deben las diferencias. Se define “Timbre”.



Actividades complementarias

-A partir de lo aprendido sobre el sonido, realiza un esquema en el que incluyas referencia
sobre: qué es el sonido, su propagación y las propiedades. Prepárate para exponer
oralmente.

-Luego de las actividades realizadas y la información recolectada sobre las características del
sonido, realiza un cuadro en el que explique qué es la intensidad; altura o tono, frecuencia y
resonancia.

- Averigua qué es un Hertz y registra la información.

- Ya conoces qué son los sonidos, pero ¿cómo te parece, entonces, que los oímos?

Los seres vivos tenemos un sistema especial para escuchar, llamado sistema auditivo.

Busca información en diferentes fuentes bibliográficas y explica cómo está compuesto
nuestro sistema de audición y la función que cumple cada uno de ellos.

Luego del trabajo de investigación y las experiencias realizadas; responde ¿con qué
instrumento musical podrías comparar el funcionamiento del tímpano? ¿Por qué?

- Reconoce en el siguiente esquema
los componentes del oído. Investiga
la función de cada uno de ellos.

- A pesar de que el murciélago no
distingue     formas,     sino   solo    la
diferencia entre el día y la noche,
puede      eludir    perfectamente      los
obstáculos mientras vuela. Como las
ballenas      y     los   delfines,     los   http://mariamontero.blogia.com/2011/febrero.php
murciélagos emiten grititos que luego
"regresan" a ellos. ¿Cómo se llama ese fenómeno? Dibuja un murciélago, un árbol e indica el
recorrido de las ondas de sonido.
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Segunda parte
EL SONIDO II
Objetivos

      Identificar el sonido como una onda mecánica que se propaga por distintos medios.
      Identificar fuentes de sonido (por impacto, por frotamiento, por resonancia)
      Comprender conceptos como altura, timbre e intensidad a través de la visualización
       del comportamiento ondulatorio del sonido utilizando una computadora y un
       programa adecuado.
      Reforzar el concepto de sonido como onda mediante la observación del fenómeno de
       resonancia.
      Analizar la producción de sonidos en instrumentos de viento.


Experimento 1- Diferentes maneras de generar sonidos


Existen distintas posibilidades de clasificar instrumentos musicales o aparatos para producir
sonidos: por el material con que están construidos, por el método utilizado para producir
sonido (modo de excitación) o según el cuerpo vibrante, entre otros. Cuando se los clasifica
según el cuerpo vibrante podemos recurrir a la siguiente clasificación.
         Grupo            Cuerpo vibrante            Modos de                  Ejemplos
                                                     excitación

 Idiófonos               Su propio cuerpo       Percusión                Matracas
                         sólido                 Sacudimiento             Campana
                                                Punteo                   Castañuela
                                                Frotamiento              Güiro
                                                                         Toc-toc

 Membranófonos           Membrana o parche      Percusión                Tambor
                         tenso                  Frotamiento              Timbal
                                                Corriente de aire

 Cordófonos              Cuerda tensa           Frotación                Violín
                                                Punteo                   Arpa
                                                Percusión                Piano

 Aerófonos               Columna de aire o      Provisión de aire por    Sikus
                         corriente de aire      soplo o mecánica         Oboe
                                                                         Órgano
                                                                         Armónica

 Electrófonos            Generador eléctrico    Mecánica                 Guitarra eléctrica
                                                amplificada o            Órgano eléctrico
                                                eléctrica
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                                                                          fourty@ifir-conicet.gov.ar




En esta actividad se propone clasificar a los instrumentos por su modo de excitación, pero
se deja abierta la posibilidad de realizar la clasificación con otros criterios.

Materiales

Diversos objetos y/o instrumentos musicales con los que se puedan producir sonidos:
silbatos, toc-toc, triángulos, panderos, latas, globos, güiro, cítara, etc. Es importante incluir
elementos en los que el sonido se produzca por percusión (toc-toc), por viento (silbato), por
frotamiento (güiro), por pulsación (cítara).

Procedimiento

Se hacen sonar los diferentes objetos. Se analizan y clasifican según el modo de excitación.

Conclusión

Para que se produzca sonido debe existir una perturbación mecánica, que provoque que un
cuerpo (o parte de un cuerpo) vibre.



Experimento 2 – El sonido se produce por vibración


El sonido se produce por vibración. Si apoyamos nuestra mano en un piano mientras alguien
está tocando, sentimos la vibración de la estructura de madera. Lo mismo podemos percibir
si tocamos un parlante. Con otros generadores de sonido no siempre es fácil percibir la
vibración. Realizaremos algunos experimentos en los que podamos “ver” alguna
manifestación de las vibraciones que producen sonido.

Materiales.
      Un tubo de cartón (por ejemplo un envase de papas fritas sin el fondo)
      Un globo
      Pegamento universal
      Cinta adhesiva
      Un trozo pequeño de espejo o chapita pulida
      Punterito láser
      Diapasón (horquilla metálica utilizada para afinar instrumentos; se compra en casa
       de instrumentos musicales, su costo es de aproximadamente $20)
      Una tablita de madera para golpear el diapasón
      Vaso o cazuela plástica con agua.
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                                                                      fourty@ifir-conicet.gov.ar


Procedimiento

                                                Antes de comenzar a trabajar, es necesario
                                                conversar con los alumnos acerca de los
                                                potenciales peligros del láser. Si bien el
                                                puntero que se utiliza es de baja potencia, se
                                                debe dejar bien en claro que no debe mirarse
                                                el haz de frente, ni apuntar a los ojos de un
                                                compañero.

Se corta el cuello del globo y se lo coloca en el extremo del tubo de cartón, de manera que
quede estirado formando una membrana. Se pega con un poco de pegamento universal el
espejito o chapita brillante en el globo. Es conveniente fijar el tubo de cartón para que no se
mueva. Por ejemplo se lo puede pegar a una botella de gaseosa llena con agua. Se fija el
puntero láser de manera que apunte al espejito y se refleje sobre una pared (puede también
pegarse a una botella grande llena con agua).

Se dice “ooooooooo” en el extremo abierto del tubo de cartón. Se observa cómo se mueve
el punto del láser sobre la pared. Se repite con distintas intensidades de “ooooooooo” y se
observa cómo varía la amplitud de la vibración con la intensidad, con la duración del sonido
o con el timbre de voz.




Se golpea el diapasón. Se apoya su base sobre el globo
estirado y se oye. Se observa el movimiento del haz del
láser.

Se golpea el diapasón, Se apoya la horquilla sobre el
agua de la cazuela. Se observa.



Conclusión

Una fuente de sonido produce vibraciones que son pequeños desplazamientos hacia un
lado y hacia otro de una posición de equilibrio.
Experimentos para el aula-laboratorio.                          Dra. Andrea L. Fourty
                                                                     fourty@ifir-conicet.gov.ar



Experimento 3 – Características de las ondas


Una onda es una perturbación que transporta energía de un lugar a otro sin que haya
transferencia de materia, Luego de que una onda ha pasado a través de un medio, no hay
efectos residuales. El medio material permanece sin cambios. No todas las ondas que nos
rodean pueden ser percibidas por el organismo humano. Podemos percibir las ondas de luz
y las de sonido, pero por ejemplo no podemos notar las ondas de radio. Algunas ondas
como la luz u otras de carácter electromagnético se propagan aún en el vacío, es por eso
que la radiación del sol nos llega aunque en el espacio haya grandes distancias sin materia.
Otras ondas, como las de sonido, de carácter mecánico, necesitan la existencia de un medio
elástico para poder propagarse o viajar.

Estos experimentos nos ayudarán a comprender y a definir algunos conceptos relacionados
con las características de las ondas mecánicas.

Materiales:
       100 palitos de helado
       Cinta aisladora (4m)
       Plastilina
       Resorte slinky (puede ser plástico)
       Cinta adhesiva

Procedimiento

   1- Actividad introductoria

Con los alumnos sentados en ronda se juega a la ola. Uno levanta los brazos, cuando los
baja los levanta el compañero de al lado y así sucesivamente.

Puede repetirse con un movimiento distinto, de manera que, en principio, el último de la fila
no vea lo que hace el primero. Cada compañero imita el movimiento del compañero vecino.
De esta manera se transmite la información sin que ningún alumno se haya levantado y
desplazado para contarle al último la consigna de movimiento. Hay transporte de energía (o
información) sin transporte de masa. Al finalizar el proceso de entrega de información, todo
quedó como al principio.

   2-   Ondas transversales

a-) Se colocan los palitos de helado alineados y equiespaciados sobre la mesa, dejando una
distancia de unos 2cm entre cada uno. Se pega una tira de cinta aisladora en el centro de
los palitos. Se levanta la tira y se pega cinta del otro lado.
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Una vez construida la tira con palitos se pegan ambos extremos sobre los respaldares de
dos sillas y se separan éstas hasta que la tira quede más o menos tensa. Se desplaza el
palito de un extremo hacia abajo, se suelta y se observa. Lo que se ve es un pulso de onda
viajera que se propaga por la torsión de la cinta. La cinta tensa es elástica y cada palito
comunica su movimiento al siguiente. La onda se refleja al llegar al extremo y se propaga en
sentido contrario al original. Este tipo de onda es transversal ya que la perturbación
(movimiento del palito, vertical) es perpendicular a la velocidad de propagación (horizontal, a
lo largo de la tira).




b-) Se coloca un trozo de plastilina en el centro de un palito de posición intermedia. Se
desplaza un palito de un extremo y se observa qué sucede. La perturbación, al llegar a una
discontinuidad se divide en dos: una parte se refleja y otra parte continúa, pero con menor
intensidad.

c-) Se genera una sucesión larga de ondas, al llegar al
extremo se reflejan y se encuentran con las ondas
incidentes. Se observa qué sucede. Las ondas incidentes
y reflejadas se superponen y se produce una onda
estacionaria. Algunos palitos oscilan con gran amplitud y
hay algunos pocos que casi no se mueven.




d-) Se utiliza el resorte slinky. Se fija el extremo del resorte en el piso con un trozo de cinta
adhesiva. Se desplaza hacia un costado el extremo libre y se observa qué sucede. Se
observa la propagación del pulso transversal (el desplazamiento es perpendicular al al
dirección de propagación). Debido al rozamiento del resorte con el piso no se llega a ver el
pulso reflejado.

e-) Se generan desplazamientos en el extremo libre de manera continua. Se observa la
forma de la onda y se definen: longitud de onda, amplitud y frecuencia.
Experimentos para el aula-laboratorio.                             Dra. Andrea L. Fourty
                                                                         fourty@ifir-conicet.gov.ar




http://www.tutorvista.com/physics/transverse-waves-and-longitudinal-waves




   3- Ondas longitudinales

Se desplaza el extremo libre del resorte en la dirección del resorte. Se observa cómo el
grupo de espiras comprimidas viaja y se desplaza de un extremo a otro.

Se repite pero realizando una perturbación periódica en el extremo. Se muestra que es una
onda longitudinal. Se definen: longitud de onda, frecuencia, amplitud.
Experimentos para el aula-laboratorio.                             Dra. Andrea L. Fourty
                                                                      fourty@ifir-conicet.gov.ar




               Región comprimida




          Región          Región
          estirada      comprimida




Se explica que en el aire, el sonido se propaga mediante una onda longitudinal, la
perturbación es la compresión o descompresión del aire.




       Compresión        Aire a presión                 Descompresión      Aire a presión
                             normal                                            normal
                                                                  Compresión




                                               Longitud de onda




http://www.tutorvista.com/physics/transverse-waves-and-longitudinal-waves
Experimentos para el aula-laboratorio.                            Dra. Andrea L. Fourty
                                                                      fourty@ifir-conicet.gov.ar




Experimento 4 – Propagación de una onda en el aire


Con este experimento se verá cómo la compresión del aire se propaga a lo largo de un tubo

Materiales
       Un tubo de unos 60cm de largo (de cartón o PVC)
       Una vela encendida con su soporte.
       Un globo

Procedimiento

Se corta el cuello del globo y se lo coloca tenso en un extremo del tubo.

Se coloca la vela encendida en el otro extremo del tubo. Se golpea con la palma de la mano
extendida el extremo con globo. Se observa.

Un instante después de que se golpeó el extremo opuesto del tubo, la llama de la vela se
mueve. Algunas veces la vela llega a apagarse. La compresión generada con el golpe en el
extremo del tubo con el globo se propagó hasta el otro extremo afectando la llama de la
vela.
Experimentos para el aula-laboratorio.                            Dra. Andrea L. Fourty
                                                                     fourty@ifir-conicet.gov.ar



Experimento 5 – Propagación del sonido en diferentes medios


El sonido se propaga de diferente forma por diferentes materiales. Algunos materiales
amortiguan rápidamente el sonido y no dejan que se propague. Se propone una serie de
experimentos rápidos y sencillos, todos con el objetivo de analizar la propagación del sonido
por diferentes medios materiales.




E1

Materiales
        Hilo de algodón de aproximadamente 1m de largo
        2 cucharas metálicas

Procedimiento

Se atan las cucharas en el centro del hilo, separadas unos 5cm entre sí. Se enroscan los
extremos del hilo a los dedos índices, se introducen los dedos en los oídos. ¿Qué sucede
cuando las cucharas se golpean entre sí?




E2

Materiales
        Diapasón
        Trozo de algodón medicinal
        Trozo de plancha de telgopor

Procedimiento

Se golpea el diapasón y se oye su vibración.

Se golpea el diapasón. Se apoya el oído sobre la mesa y la base del diapasón en otro
extremo de la mesa.

Se repite el paso anterior, pero ahora interponiendo el algodón entre el diapasón y la mesa.

Ídem, interponiendo el telgopor.

Se discuten y analizan las diferencias de lo que sucedió en cada caso.
Experimentos para el aula-laboratorio.                           Dra. Andrea L. Fourty
                                                                     fourty@ifir-conicet.gov.ar


E3

Materiales
        Una lata de conserva vacía (tipo de duraznos)
        Un envase de 1kg de helado vacío
        Un reloj despertador

Procedimiento

Se hace sonar el reloj despertador.

Se hace sonar el reloj despertador y se lo cubre con la lata de conserva.

Se hace sonar el reloj despertador y se lo cubre con el envase de helados.

Se discuten y analizan las diferencias de lo que sucedió en cada caso.




E4

Materiales
        Hilo de algodón largo
        Vasitos de plástico descartables.
        Clavitos o agujas para hacer orificios.

Procedimiento

Se perfora el fondo de los vasitos.

Se pasa el hilo por los orificios y se anuda.

Con el hilo tenso, se habla desde un vasito y se escucha desde el otro. Cuanto más largo es
el hilo, más interesante el resultado. Pueden anudarse dos conjuntos de vasito-hilo entre sí y
hacer comunicaciones en “teleconferencia”.


Experimento 6 – Amplificación del sonido


Cuando el elemento que vibra tiene un área pequeña, muchas
veces es necesario amplificarlo para oírlo. Para esto el elemento
vibrante se pone en contacto con otro de mayor área.

Materiales
        Un trozo de hilo de algodón de unos 40cm
        Un vaso descartable con una pequeña perforación en el
         fondo
Experimentos para el aula-laboratorio.                             Dra. Andrea L. Fourty
                                                                      fourty@ifir-conicet.gov.ar


        Un trocito de algodón húmedo

Procedimiento

Se introduce el hilo por el orificio del fondo del vaso y se anuda. Se toma el vaso por el
borde, se frota con el algodón húmedo el hilo.



Experimento 7 - Tonos


El oído distingue unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan
existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las siguientes cualidades: intensidad, tono
y timbre. Cada una de estas cualidades está asociada a una magnitud física.

Materiales:
        Computadora con el software Audacity
        Micrófono
        Diapasones
        Instrumentos musicales

Procedimiento

Usando el micrófono capta los distintos sonidos que proceden del ambiente (chicos
hablando, ruidos del patio, etc.), observa y registra la forma de las ondas sonoras que
muestra la computadora utilizando el programa libre Audacity. Analiza los resultados
obtenidos y saca conclusiones respecto a las características de las ondas asociadas a estos
sonidos.

Utilizando los diapasones para generar los sonidos y el micrófono obtén los siguientes
datos:

Sonidos de 2 diapasones diferentes (su registro se muestra en la siguiente figura).

Sonidos del mismo diapasón golpeado con más o menos fuerza.

Se registra la misma nota o tono utilizando el diapasón correspondiente y dos instrumentos
musicales diferentes. Se analizan los gráficos resultantes.

En base a estos datos se marcan las diferencias con respecto a los sonidos obtenidos del
ambiente, de los diapasones, de los instrumentos musicales.

En base a todas las observaciones realizadas se definen tonos (graves y agudos),
intensidad y timbre.
Experimentos para el aula-laboratorio.                           Dra. Andrea L. Fourty
                                                                    fourty@ifir-conicet.gov.ar




Experimento 8 – Tonos y resonancia


Nota: esta sección fue extraída de: http://www.tianguisdefisica.com/, y adaptada. En este
experimento se compararán los sonidos producidos al golpear con la palma de la mano la
boca de un tubo de PVC. El aire contenido en el interior de un tubo es el que vibra y es
posible sostener una vibración en él sólo si es de cierta frecuencia que depende de la
longitud del tubo, por eso cada uno de los tubos produce un sonido de tono diferente a los
demás. Los tubos largos producen tonos bajos y los cortos, agudos. Para que los tubos
produzcan una escala musical deben tener longitudes adecuadas. La longitud de cada tubo
determina la longitud de onda que corresponde al sonido que se produce. Los tubos largos
corresponden a longitudes de onda grandes que son las de los sonidos bajos y los tubos
cortos corresponden con los sonidos agudos.

Cuando la palma de la mano pega en la boca del tubo, el aire del interior del tubo sufre una
compresión rápida, que se propaga por el interior del tubo. Esa perturbación contiene
muchas frecuencias pero sólo una de ellas perdura resonando en el aire del tubo. Es como
si el tubo escogiera la onda adecuada según su longitud.

Materiales
      Tubos de PVC de 3,8cm de diámetro
      Sierra
      Lija
      Regla
Experimentos para el aula-laboratorio.                             Dra. Andrea L. Fourty
                                                                       fourty@ifir-conicet.gov.ar


      Marcador indeleble

Procedimiento




Se cortan los tubos con una sierra chica. Después de cortados, los bordes de cada boca se
lijan para que queden sin asperezas. Esto es importante para no lastimarse al tocar.

Para que los tubos estén afinados para la escala de do mayor, hay que cortarlos de
longitudes precisas y adecuadas. Cada tubo debe medir la mitad de la longitud de onda del
sonido que se desea que produzca. Además debe tomarse en cuenta un efecto adicional
que ocurre en cada boca, y a la longitud adecuada se le debe restar 0.3 veces el diámetro
por cada extremo abierto para que su longitud efectiva sea la de media longitud de onda.

Como los tubos propuestos tienen un diámetro de 3.8 cm, la longitud que hay que restarle a
cada longitud calculada es de 2.3 cm (0.3 veces el diámetro por cada extremo abierto). Las
longitudes de onda corresponden a los tonos indicados para una velocidad del sonido de
340m/s. La tabla siguiente tiene las medidas:

                             longitud de                    = longitud del
                                           - 0.6 diámetro
                              onda / 2                          tubo
                                                (cm)
                                (cm)                            (cm)

                    do          65.0            2.3             62.7

                    re          57.9            2.3             55.6

                    mi          51.6            2.3             49.3

                    fa          48.7            2.3             46.4

                    sol         43.4            2.3             41.1

                    la          38.6            2.3             36.3

                    si          34.4            2.3             32.1

                    do'         32.5            2.3             30.2
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                                                                     fourty@ifir-conicet.gov.ar


Si el diámetro de los tubos fuera diferente y se desea una buena afinación, debe calcularse
0.6 veces el diámetro y ese valor debe ser restado al valor de la primera columna de la tabla
para obtener la longitud real de cada tubo.

Una vez terminados los tubos se los golpea con la palma de la mano. Haciendo sonar una
nota cada uno en el momento adecuado se puede ejecutar una melodía.

A cada longitud le corresponde un tono: a un tubo corto, tono agudo y a uno largo, tono
grave.




Cuando la boca del tubo es golpeada separando la palma, ambos extremos quedan abiertos
y la longitud del tubo es de la mitad de la longitud de la onda para la que ocurre la
resonancia.
Experimentos para el aula-laboratorio.                      Dra. Andrea L. Fourty
                                                              fourty@ifir-conicet.gov.ar




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Módulo 2 sonido-2011

  • 1. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar El sonido El sonido, desde el punto de vista de la física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación de ondas mecánicas elásticas a través de un medio material. Para que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente, para que se propague debe existir un medio material en el que se transmita la onda y para que el sonido sea humanamente audible la onda que lo caracteriza debe cumplir con ciertas cualidades. Las ondas sonoras son ondas mecánicas elásticas u ondas de compresión. Eso significa que para propagarse precisa de un medio (sólido, líquido o gaseoso) que transmita la perturbación. El sonido viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga. Es el propio medio el que propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío. Los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en los que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación. Este tipo de ondas se denominan ondas longitudinales. CUALIDADES DEL SONIDO: El oído distingue unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las siguientes cualidades: intensidad, tono y timbre. Cada una de estas cualidades está asociada a una magnitud física. Intensidad - Propiedad que hace que éste se capte como fuerte o como débil. Está relacionada con la intensidad de la onda sonora correspondiente, también llamada intensidad acústica. La intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda. La amplitud está relacionada con el volumen, que se mide en decibeles. La magnitud de la sensación sonora depende de la intensidad acústica, pero también depende de la sensibilidad del oído. El intervalo de intensidades acústicas que va desde el umbral de audibilidad, o valor mínimo perceptible, hasta el umbral del dolor. Cerca de la fuente sonora el volumen es más intenso que lejos de la fuente sonora. A medida que la onda se propaga por un medio material, la amplitud de la onda se atenúa. Cuánto se atenúa la onda depende del medio en que se propague. Tono - El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud
  • 2. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar física que está asociada al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas. Timbre - El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad. Debido a esta misma cualidad es posible reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada individuo. Ideas centrales que se abordarán con los experimentos  El sonido se genera de diferentes maneras: golpeando, soplando, frotando, pulsando.  Siempre que se produce sonido hay un objeto que vibra.  El sonido se transmite a través de medios materiales. Es necesaria la presencia de un medio material para que el sonido se propague. En el aire el sonido se transmite como una onda longitudinal.  La onda responsable de la propagación del sonido, al encontrase con un obstáculo se divide en dos: una reflejada y otra transmitida. Por lo tanto el sonido puede ser transmitido, absorbido y reflejado.  El sonido se transmite de diferentes maneras por diferentes medios materiales. A medida que se aleja de la fuente que lo produce el sonido se va amortiguando. La distancia a la que se amortigua depende del material por el que se está propagando. Hay materiales poco absorbentes y materiales muy absorbentes.  Muchas veces es necesario amplificar el sonido para que pueda ser oído.  Hay distintos tipos de sonido: agudos –graves. El tono está relacionado con la longitud de onda de la vibración. Distintos instrumentos producen sonidos con diferentes timbres.
  • 3. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Primera parte EL SONIDO Objetivos  Identificar el “tono” como cualidad del sonido, y las variaciones físicas que permiten que un mismo instrumento produzca distintos tonos.  Analizar la propagación del sonido por distintos medios. Actividad 1: Produciendo distintos tonos I Materiales:  una regla de plástico Procedimiento: Coloca una regla sobre la mesa con la mitad de su largo en el aire. Golpea en un extremo de manera que la regla vibre. Escucha con atención el tipo de sonido que se produce. Desplaza la regla de manera que quede en el aire una parte más corta que antes. Repite el procedimiento anterior. Desplaza la regla de manera que quede en el aire una parte más larga que la primera vez. Repite el procedimiento anterior. ¿Qué sucede con el sonido cuando se varía la longitud de la parte de la regla que vibra? Cuando gran parte de la regla está en el aire, ¿el sonido es más alto o más bajo? Actividad 2: Produciendo distintos tonos II Materiales:  cuatro recipientes de vidrio de boca ancha de la misma forma y tamaño  una cuchara de madera, agua
  • 4. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Procedimiento Llena uno de los recipientes con agua hasta arriba. El segundo, con agua hasta 2 cm. del borde. El tercero, hasta 4 cm. del borde. Deja el cuarto recipiente sin agua. Golpea suavemente el costado de cada recipiente con la cuchara de madera. Cada recipiente emitirá una nota con un tono diferente. ¿Qué recipiente emite la nota más alta y cuál la más baja? Actividad 3: Produciendo distintos tonos III Materiales:  Cinco botellas de vidrio de igual tamaño  Agua  un embudo  Una cuchara de madera Procedimiento: Con ayuda de un embudo, vierte agua en cuatro de las botellas del siguiente modo: una debe quedar agua hasta el borde, otra un cuarto de su capacidad; otra, hasta la mitad, la cuarta, hasta los tres cuartos. La quinta botella debe quedar vacía. Sopla suavemente por el pico de cada botella, de manera alternada. ¿Qué sucede con los sonidos? ¿Qué botella produce la nota más alta? Golpea suavemente con la cuchara de madera cada botella, de manera alternada. ¿Qué sucede con los sonidos? ¿Qué botella produce la nota más alta? Ensaya una explicación de este comportamiento. Actividad 4: Produciendo distintos tonos IV Materiales:  envases vacíos de plásticos, cajas o tubos de cartón
  • 5. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar  bolsas de plástico  cuerda resistente  cinta adhesiva  tijeras Procedimiento: Corta los lados de la bolsa de plástico y ábrela. Coloca uno de los envases sobre el plástico y recórtalo dejando 7cm – 10 cm alrededor. Sostén el plástico tirante sobre el envase y átalo con la cuerda o pégalo con cinta adhesiva. Toca el tambor con los dedos. Construye tambores de diferentes tamaños y compara sus características con los sonidos que producen. Actividad 5: El sonido se propaga por diferentes medios I Materiales:  diapasón  mesa de madera Procedimiento: Golpea un diapasón con un taco de madera y luego apoya su mango sobre la mesa. ¿Qué sucede con el sonido? Actividad 6: El sonido se propaga por diferentes medios II Materiales:  flauta de plástico vieja  jarra alta con agua Procedimiento: Tapa los agujeros de la flauta con los dedos. Sopla. Escucharás una nota baja. Respira hondo y sopla mientras introduces la flauta en la jarra con agua. ¿Qué sucede con el tono de la nota? Respira y sopla otra vez mientras sacas la flauta del agua. ¿Cómo cambió el sonido?
  • 6. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Actividad 7: El sonido se propaga por diferentes medios III Materiales:  dos cucharas de metal  un cordón o hilo de algodón Procedimiento: Ata las cucharas en la mitad del cordón y sacúdelas. Coloca el extremo del cordón en tus oídos y mueve las cucharas otra vez. ¿El sonido es diferente? Actividad 8: El sonido se propaga por diferentes medios IV Materiales:  Dos vasitos plásticos descartables  Hilo de algodón largo  Clavitos o agujas para hacer orificios. Procedimiento Se perfora el fondo de los vasitos. Se pasa el hilo por los orificios y se anuda. Con el hilo tenso, se habla desde un vasito y se escucha desde el otro. Cuanto más largo es el hilo, más interesante el resultado. Pueden anudarse dos conjuntos de vasito-hilo entre sí y hacer comunicaciones en “teleconferencia”. * ¿Se escucha con claridad lo que dice su compañero que está en el otro extremo? * Si se afloja el hilo, ¿se sigue escuchando? ¿Por qué? * Si mientras se comunican, otro compañero toma el hilo entre sus dedos, ¿se transmite el sonido? ¿Por qué? Actividad 9: Cualidades del sonido: timbres Materiales:  Melodía grabada con su correspondiente reproductor  Distintos instrumentos musicales Procedimiento Se escucha la melodía. Distinguir los instrumentos que la ejecutan. ¿qué característica hace que podamos saber si el instrumento que está sonando es un piano o un violín, una guitarra o una flauta, etc.?
  • 7. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Se hace sonar la misma nota con distintos instrumentos musicales. Se discuten a qué se deben las diferencias. Se define “Timbre”. Actividades complementarias -A partir de lo aprendido sobre el sonido, realiza un esquema en el que incluyas referencia sobre: qué es el sonido, su propagación y las propiedades. Prepárate para exponer oralmente. -Luego de las actividades realizadas y la información recolectada sobre las características del sonido, realiza un cuadro en el que explique qué es la intensidad; altura o tono, frecuencia y resonancia. - Averigua qué es un Hertz y registra la información. - Ya conoces qué son los sonidos, pero ¿cómo te parece, entonces, que los oímos? Los seres vivos tenemos un sistema especial para escuchar, llamado sistema auditivo. Busca información en diferentes fuentes bibliográficas y explica cómo está compuesto nuestro sistema de audición y la función que cumple cada uno de ellos. Luego del trabajo de investigación y las experiencias realizadas; responde ¿con qué instrumento musical podrías comparar el funcionamiento del tímpano? ¿Por qué? - Reconoce en el siguiente esquema los componentes del oído. Investiga la función de cada uno de ellos. - A pesar de que el murciélago no distingue formas, sino solo la diferencia entre el día y la noche, puede eludir perfectamente los obstáculos mientras vuela. Como las ballenas y los delfines, los http://mariamontero.blogia.com/2011/febrero.php murciélagos emiten grititos que luego "regresan" a ellos. ¿Cómo se llama ese fenómeno? Dibuja un murciélago, un árbol e indica el recorrido de las ondas de sonido.
  • 8. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Segunda parte EL SONIDO II Objetivos  Identificar el sonido como una onda mecánica que se propaga por distintos medios.  Identificar fuentes de sonido (por impacto, por frotamiento, por resonancia)  Comprender conceptos como altura, timbre e intensidad a través de la visualización del comportamiento ondulatorio del sonido utilizando una computadora y un programa adecuado.  Reforzar el concepto de sonido como onda mediante la observación del fenómeno de resonancia.  Analizar la producción de sonidos en instrumentos de viento. Experimento 1- Diferentes maneras de generar sonidos Existen distintas posibilidades de clasificar instrumentos musicales o aparatos para producir sonidos: por el material con que están construidos, por el método utilizado para producir sonido (modo de excitación) o según el cuerpo vibrante, entre otros. Cuando se los clasifica según el cuerpo vibrante podemos recurrir a la siguiente clasificación. Grupo Cuerpo vibrante Modos de Ejemplos excitación Idiófonos Su propio cuerpo Percusión Matracas sólido Sacudimiento Campana Punteo Castañuela Frotamiento Güiro Toc-toc Membranófonos Membrana o parche Percusión Tambor tenso Frotamiento Timbal Corriente de aire Cordófonos Cuerda tensa Frotación Violín Punteo Arpa Percusión Piano Aerófonos Columna de aire o Provisión de aire por Sikus corriente de aire soplo o mecánica Oboe Órgano Armónica Electrófonos Generador eléctrico Mecánica Guitarra eléctrica amplificada o Órgano eléctrico eléctrica
  • 9. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar En esta actividad se propone clasificar a los instrumentos por su modo de excitación, pero se deja abierta la posibilidad de realizar la clasificación con otros criterios. Materiales Diversos objetos y/o instrumentos musicales con los que se puedan producir sonidos: silbatos, toc-toc, triángulos, panderos, latas, globos, güiro, cítara, etc. Es importante incluir elementos en los que el sonido se produzca por percusión (toc-toc), por viento (silbato), por frotamiento (güiro), por pulsación (cítara). Procedimiento Se hacen sonar los diferentes objetos. Se analizan y clasifican según el modo de excitación. Conclusión Para que se produzca sonido debe existir una perturbación mecánica, que provoque que un cuerpo (o parte de un cuerpo) vibre. Experimento 2 – El sonido se produce por vibración El sonido se produce por vibración. Si apoyamos nuestra mano en un piano mientras alguien está tocando, sentimos la vibración de la estructura de madera. Lo mismo podemos percibir si tocamos un parlante. Con otros generadores de sonido no siempre es fácil percibir la vibración. Realizaremos algunos experimentos en los que podamos “ver” alguna manifestación de las vibraciones que producen sonido. Materiales.  Un tubo de cartón (por ejemplo un envase de papas fritas sin el fondo)  Un globo  Pegamento universal  Cinta adhesiva  Un trozo pequeño de espejo o chapita pulida  Punterito láser  Diapasón (horquilla metálica utilizada para afinar instrumentos; se compra en casa de instrumentos musicales, su costo es de aproximadamente $20)  Una tablita de madera para golpear el diapasón  Vaso o cazuela plástica con agua.
  • 10. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Procedimiento Antes de comenzar a trabajar, es necesario conversar con los alumnos acerca de los potenciales peligros del láser. Si bien el puntero que se utiliza es de baja potencia, se debe dejar bien en claro que no debe mirarse el haz de frente, ni apuntar a los ojos de un compañero. Se corta el cuello del globo y se lo coloca en el extremo del tubo de cartón, de manera que quede estirado formando una membrana. Se pega con un poco de pegamento universal el espejito o chapita brillante en el globo. Es conveniente fijar el tubo de cartón para que no se mueva. Por ejemplo se lo puede pegar a una botella de gaseosa llena con agua. Se fija el puntero láser de manera que apunte al espejito y se refleje sobre una pared (puede también pegarse a una botella grande llena con agua). Se dice “ooooooooo” en el extremo abierto del tubo de cartón. Se observa cómo se mueve el punto del láser sobre la pared. Se repite con distintas intensidades de “ooooooooo” y se observa cómo varía la amplitud de la vibración con la intensidad, con la duración del sonido o con el timbre de voz. Se golpea el diapasón. Se apoya su base sobre el globo estirado y se oye. Se observa el movimiento del haz del láser. Se golpea el diapasón, Se apoya la horquilla sobre el agua de la cazuela. Se observa. Conclusión Una fuente de sonido produce vibraciones que son pequeños desplazamientos hacia un lado y hacia otro de una posición de equilibrio.
  • 11. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Experimento 3 – Características de las ondas Una onda es una perturbación que transporta energía de un lugar a otro sin que haya transferencia de materia, Luego de que una onda ha pasado a través de un medio, no hay efectos residuales. El medio material permanece sin cambios. No todas las ondas que nos rodean pueden ser percibidas por el organismo humano. Podemos percibir las ondas de luz y las de sonido, pero por ejemplo no podemos notar las ondas de radio. Algunas ondas como la luz u otras de carácter electromagnético se propagan aún en el vacío, es por eso que la radiación del sol nos llega aunque en el espacio haya grandes distancias sin materia. Otras ondas, como las de sonido, de carácter mecánico, necesitan la existencia de un medio elástico para poder propagarse o viajar. Estos experimentos nos ayudarán a comprender y a definir algunos conceptos relacionados con las características de las ondas mecánicas. Materiales:  100 palitos de helado  Cinta aisladora (4m)  Plastilina  Resorte slinky (puede ser plástico)  Cinta adhesiva Procedimiento 1- Actividad introductoria Con los alumnos sentados en ronda se juega a la ola. Uno levanta los brazos, cuando los baja los levanta el compañero de al lado y así sucesivamente. Puede repetirse con un movimiento distinto, de manera que, en principio, el último de la fila no vea lo que hace el primero. Cada compañero imita el movimiento del compañero vecino. De esta manera se transmite la información sin que ningún alumno se haya levantado y desplazado para contarle al último la consigna de movimiento. Hay transporte de energía (o información) sin transporte de masa. Al finalizar el proceso de entrega de información, todo quedó como al principio. 2- Ondas transversales a-) Se colocan los palitos de helado alineados y equiespaciados sobre la mesa, dejando una distancia de unos 2cm entre cada uno. Se pega una tira de cinta aisladora en el centro de los palitos. Se levanta la tira y se pega cinta del otro lado.
  • 12. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Una vez construida la tira con palitos se pegan ambos extremos sobre los respaldares de dos sillas y se separan éstas hasta que la tira quede más o menos tensa. Se desplaza el palito de un extremo hacia abajo, se suelta y se observa. Lo que se ve es un pulso de onda viajera que se propaga por la torsión de la cinta. La cinta tensa es elástica y cada palito comunica su movimiento al siguiente. La onda se refleja al llegar al extremo y se propaga en sentido contrario al original. Este tipo de onda es transversal ya que la perturbación (movimiento del palito, vertical) es perpendicular a la velocidad de propagación (horizontal, a lo largo de la tira). b-) Se coloca un trozo de plastilina en el centro de un palito de posición intermedia. Se desplaza un palito de un extremo y se observa qué sucede. La perturbación, al llegar a una discontinuidad se divide en dos: una parte se refleja y otra parte continúa, pero con menor intensidad. c-) Se genera una sucesión larga de ondas, al llegar al extremo se reflejan y se encuentran con las ondas incidentes. Se observa qué sucede. Las ondas incidentes y reflejadas se superponen y se produce una onda estacionaria. Algunos palitos oscilan con gran amplitud y hay algunos pocos que casi no se mueven. d-) Se utiliza el resorte slinky. Se fija el extremo del resorte en el piso con un trozo de cinta adhesiva. Se desplaza hacia un costado el extremo libre y se observa qué sucede. Se observa la propagación del pulso transversal (el desplazamiento es perpendicular al al dirección de propagación). Debido al rozamiento del resorte con el piso no se llega a ver el pulso reflejado. e-) Se generan desplazamientos en el extremo libre de manera continua. Se observa la forma de la onda y se definen: longitud de onda, amplitud y frecuencia.
  • 13. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar http://www.tutorvista.com/physics/transverse-waves-and-longitudinal-waves 3- Ondas longitudinales Se desplaza el extremo libre del resorte en la dirección del resorte. Se observa cómo el grupo de espiras comprimidas viaja y se desplaza de un extremo a otro. Se repite pero realizando una perturbación periódica en el extremo. Se muestra que es una onda longitudinal. Se definen: longitud de onda, frecuencia, amplitud.
  • 14. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Región comprimida Región Región estirada comprimida Se explica que en el aire, el sonido se propaga mediante una onda longitudinal, la perturbación es la compresión o descompresión del aire. Compresión Aire a presión Descompresión Aire a presión normal normal Compresión Longitud de onda http://www.tutorvista.com/physics/transverse-waves-and-longitudinal-waves
  • 15. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Experimento 4 – Propagación de una onda en el aire Con este experimento se verá cómo la compresión del aire se propaga a lo largo de un tubo Materiales  Un tubo de unos 60cm de largo (de cartón o PVC)  Una vela encendida con su soporte.  Un globo Procedimiento Se corta el cuello del globo y se lo coloca tenso en un extremo del tubo. Se coloca la vela encendida en el otro extremo del tubo. Se golpea con la palma de la mano extendida el extremo con globo. Se observa. Un instante después de que se golpeó el extremo opuesto del tubo, la llama de la vela se mueve. Algunas veces la vela llega a apagarse. La compresión generada con el golpe en el extremo del tubo con el globo se propagó hasta el otro extremo afectando la llama de la vela.
  • 16. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Experimento 5 – Propagación del sonido en diferentes medios El sonido se propaga de diferente forma por diferentes materiales. Algunos materiales amortiguan rápidamente el sonido y no dejan que se propague. Se propone una serie de experimentos rápidos y sencillos, todos con el objetivo de analizar la propagación del sonido por diferentes medios materiales. E1 Materiales  Hilo de algodón de aproximadamente 1m de largo  2 cucharas metálicas Procedimiento Se atan las cucharas en el centro del hilo, separadas unos 5cm entre sí. Se enroscan los extremos del hilo a los dedos índices, se introducen los dedos en los oídos. ¿Qué sucede cuando las cucharas se golpean entre sí? E2 Materiales  Diapasón  Trozo de algodón medicinal  Trozo de plancha de telgopor Procedimiento Se golpea el diapasón y se oye su vibración. Se golpea el diapasón. Se apoya el oído sobre la mesa y la base del diapasón en otro extremo de la mesa. Se repite el paso anterior, pero ahora interponiendo el algodón entre el diapasón y la mesa. Ídem, interponiendo el telgopor. Se discuten y analizan las diferencias de lo que sucedió en cada caso.
  • 17. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar E3 Materiales  Una lata de conserva vacía (tipo de duraznos)  Un envase de 1kg de helado vacío  Un reloj despertador Procedimiento Se hace sonar el reloj despertador. Se hace sonar el reloj despertador y se lo cubre con la lata de conserva. Se hace sonar el reloj despertador y se lo cubre con el envase de helados. Se discuten y analizan las diferencias de lo que sucedió en cada caso. E4 Materiales  Hilo de algodón largo  Vasitos de plástico descartables.  Clavitos o agujas para hacer orificios. Procedimiento Se perfora el fondo de los vasitos. Se pasa el hilo por los orificios y se anuda. Con el hilo tenso, se habla desde un vasito y se escucha desde el otro. Cuanto más largo es el hilo, más interesante el resultado. Pueden anudarse dos conjuntos de vasito-hilo entre sí y hacer comunicaciones en “teleconferencia”. Experimento 6 – Amplificación del sonido Cuando el elemento que vibra tiene un área pequeña, muchas veces es necesario amplificarlo para oírlo. Para esto el elemento vibrante se pone en contacto con otro de mayor área. Materiales  Un trozo de hilo de algodón de unos 40cm  Un vaso descartable con una pequeña perforación en el fondo
  • 18. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar  Un trocito de algodón húmedo Procedimiento Se introduce el hilo por el orificio del fondo del vaso y se anuda. Se toma el vaso por el borde, se frota con el algodón húmedo el hilo. Experimento 7 - Tonos El oído distingue unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las siguientes cualidades: intensidad, tono y timbre. Cada una de estas cualidades está asociada a una magnitud física. Materiales:  Computadora con el software Audacity  Micrófono  Diapasones  Instrumentos musicales Procedimiento Usando el micrófono capta los distintos sonidos que proceden del ambiente (chicos hablando, ruidos del patio, etc.), observa y registra la forma de las ondas sonoras que muestra la computadora utilizando el programa libre Audacity. Analiza los resultados obtenidos y saca conclusiones respecto a las características de las ondas asociadas a estos sonidos. Utilizando los diapasones para generar los sonidos y el micrófono obtén los siguientes datos: Sonidos de 2 diapasones diferentes (su registro se muestra en la siguiente figura). Sonidos del mismo diapasón golpeado con más o menos fuerza. Se registra la misma nota o tono utilizando el diapasón correspondiente y dos instrumentos musicales diferentes. Se analizan los gráficos resultantes. En base a estos datos se marcan las diferencias con respecto a los sonidos obtenidos del ambiente, de los diapasones, de los instrumentos musicales. En base a todas las observaciones realizadas se definen tonos (graves y agudos), intensidad y timbre.
  • 19. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Experimento 8 – Tonos y resonancia Nota: esta sección fue extraída de: http://www.tianguisdefisica.com/, y adaptada. En este experimento se compararán los sonidos producidos al golpear con la palma de la mano la boca de un tubo de PVC. El aire contenido en el interior de un tubo es el que vibra y es posible sostener una vibración en él sólo si es de cierta frecuencia que depende de la longitud del tubo, por eso cada uno de los tubos produce un sonido de tono diferente a los demás. Los tubos largos producen tonos bajos y los cortos, agudos. Para que los tubos produzcan una escala musical deben tener longitudes adecuadas. La longitud de cada tubo determina la longitud de onda que corresponde al sonido que se produce. Los tubos largos corresponden a longitudes de onda grandes que son las de los sonidos bajos y los tubos cortos corresponden con los sonidos agudos. Cuando la palma de la mano pega en la boca del tubo, el aire del interior del tubo sufre una compresión rápida, que se propaga por el interior del tubo. Esa perturbación contiene muchas frecuencias pero sólo una de ellas perdura resonando en el aire del tubo. Es como si el tubo escogiera la onda adecuada según su longitud. Materiales  Tubos de PVC de 3,8cm de diámetro  Sierra  Lija  Regla
  • 20. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar  Marcador indeleble Procedimiento Se cortan los tubos con una sierra chica. Después de cortados, los bordes de cada boca se lijan para que queden sin asperezas. Esto es importante para no lastimarse al tocar. Para que los tubos estén afinados para la escala de do mayor, hay que cortarlos de longitudes precisas y adecuadas. Cada tubo debe medir la mitad de la longitud de onda del sonido que se desea que produzca. Además debe tomarse en cuenta un efecto adicional que ocurre en cada boca, y a la longitud adecuada se le debe restar 0.3 veces el diámetro por cada extremo abierto para que su longitud efectiva sea la de media longitud de onda. Como los tubos propuestos tienen un diámetro de 3.8 cm, la longitud que hay que restarle a cada longitud calculada es de 2.3 cm (0.3 veces el diámetro por cada extremo abierto). Las longitudes de onda corresponden a los tonos indicados para una velocidad del sonido de 340m/s. La tabla siguiente tiene las medidas: longitud de = longitud del - 0.6 diámetro onda / 2 tubo (cm) (cm) (cm) do 65.0 2.3 62.7 re 57.9 2.3 55.6 mi 51.6 2.3 49.3 fa 48.7 2.3 46.4 sol 43.4 2.3 41.1 la 38.6 2.3 36.3 si 34.4 2.3 32.1 do' 32.5 2.3 30.2
  • 21. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar Si el diámetro de los tubos fuera diferente y se desea una buena afinación, debe calcularse 0.6 veces el diámetro y ese valor debe ser restado al valor de la primera columna de la tabla para obtener la longitud real de cada tubo. Una vez terminados los tubos se los golpea con la palma de la mano. Haciendo sonar una nota cada uno en el momento adecuado se puede ejecutar una melodía. A cada longitud le corresponde un tono: a un tubo corto, tono agudo y a uno largo, tono grave. Cuando la boca del tubo es golpeada separando la palma, ambos extremos quedan abiertos y la longitud del tubo es de la mitad de la longitud de la onda para la que ocurre la resonancia.
  • 22. Experimentos para el aula-laboratorio. Dra. Andrea L. Fourty fourty@ifir-conicet.gov.ar http://paulaescandon.blogspot.com/2011_01_01_archive.html