1.-Comenzamos con una explicación de lo que son las ondas.
Incluimos una explicación de los distintos tipos de ondas con ayuda de unos muelles.
Una onda es una perturbación que se propaga de un lugar a otro. Las perturbaciones son normalmente vibraciones de las partículas de un medio material: una onda es la propagación en el espacio de un movimiento vibratorio.
Por otro lado, las moléculas de un medio material necesitan energía cuando oscilan entorno a su posición, por lo que cuando se propaga la perturbación hay transporte de energía. Se propaga la energía, no la materia.
Las ondas sonoras pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos.
Características de las ondas:
- Periodo: el tiempo que tarda una cresta o un valle en recorrer una distancia (longitud de onda).
- Frecuencia: el número de crestas o valles que pasan por un punto dado cada segundo.
- Amplitud: La altura de las crestas o profundidad de los valles.
Tipos de ondas:
No todas las perturbaciones son mecánicas, es decir, ondas que se mueven a través de la materia y que no existirían sin ella. Existen ondas electromagnéticas, que propagan energía por medio de perturbaciones eléctricas y magnéticas, no precisan de un medio material para propagarse ya que también lo hacen en el vacío.
Según su dirección de propagación, es decir hacia donde se mueve la onda, estas pueden ser longitudinales y transversales.
Ondas longitudinales: La dirección de vibración de las partículas y la dirección de propagación de la onda coinciden.
Ondas transversales: La dirección de la vibración de las partículas es perpendicular a la dirección de la propagación de la onda.
Ondas bidimensionales:Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él
Ondas estacionarias:
Las ondas estacionarias son ondas producidas en un medio limitado, como, por ejemplo, una cuerda elástica no muy larga y fija en al menos uno de sus dos extremos. Para generar en dicha cuerda una onda estacionaria, se puede atar por un extremo a una pared y hacer vibrar al otro con una pequeña amplitud. Se obtienen pulsos transversales que viajan hasta la pared, donde se reflejan y vuelven. La cuerda es recorrida por dos ondas de sentido opuesto y se producen interferencias que, en principio, dan lugar a unas oscilaciones bastante desordenadas.
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Cualidades del sonido:
La sonoridad: La cualidad que permite identificar los sonidos como fuertes o débiles. Depende de la intensidad de la onda, es decir, de la energía transportada por la onda, que siempre es muy pequeña.
El decibelio es la principal unidad de medida de la intensidad del sonido. Sin embargo el oído humano no percibe todos los sonidos.
Para cada frecuencia existe una intensidad física mínima, la frecuencias más bajas corresponden con lo que llamamos sonido “grave”, es decir sonidos de vibraciones lentas. Las frecuencias más altas corresponden con lo que llamamos sonidos “agudos”, que son de vibraciones muy rápidas.
El tono: Es la cualidad del sonido que permite distinguir entre sonidos graves o bajos y agudos o altos.
El tono de un sonido está relacionado con su frecuencia. Los sonidos graves son los de baja frecuencia y los agudos los de alta frecuencia.
El oído humano sólo percibe los sonidos comprendidos entre 20 y 20000 Hz aproximadamente, pero estos valores pueden variar de unas personas a otras.
Los sonidos con frecuencias superiores a 20000 Hz se denominan ultrasonidos; los que tienen frecuencias inferiores a 20 Hz se llaman infrasonidos.
El timbre: Es la cualidad por la que se distinguen dos sonidos de la misma sonoridad y del mismo tono.
Gracias a su distinto timbre, el oído humano puede distinguir una misma nota musical emitida por un piano o un saxofón; sus tonos y frecuencias por lo tanto son iguales.
2. Relacionamos las ondas sonoras con los fluidos:
En este proyecto nos vamos a centrar en las ondas sonoras. El sonido se define como cualquier fenómeno que involucre la propagación del movimiento vibratorio de un cuerpo en forma de ondas elásticas a través de un fluido. Tendemos a asociar el término fluido con los líquidos y a menudo nos olvidamos de los gases, como es el aire por ejemplo, por el cual evidentemente sí que se propagan las ondas sonoras.
De hecho podemos clasificar los fluidos en, los Newtonianos y los no Newtonianos dependiendo de su viscosidad y temperatura.Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo.
3.-Breve experimento explicando los tipos de fluidos, y el porqué de las arenas movedizas:
-Pongamos en un vaso algunas cucharadas de almidón de maíz (Maicena) y agreguemos agua como para formar una papilla bastante líquida, revolviendo con una cucharita. Ya desde el principio notaremos que no es lo mismo que preparar otras mezclas comunes en la cocina: cuesta bastante mover la cucharita. En realidad, es posible revolver lentamente, pero en cuanto aumentamos la velocidad de agitación, la resistencia al movimiento crece notablemente. Con un movimiento lento no será dificultoso hundir la cucharita hasta el fondo, pero si intentamos un movimiento brusco, se encontrará nuevamente una gran resistencia.
-Tomemos el vaso con una mano y hagámoslo mover rápidamente en círculos. Si el líquido fuese agua o leche, ya se habría volcado... Pero eso no ocurre con el líquido blanco que preparamos.
Otra prueba que demuestra el comportamiento extraño de este líquido consiste en volcarlo a otro recipiente en forma de chorro fino. Veremos que no tenemos un chorro uniforme y perfectamente vertical como ocurriría con el agua, sino que oscila y se mueve como si estuviera bailando…
Este comportamiento poco común ubica al líquido que preparamos entre los llamados fluidos no Newtonianos, ya que podemos observar que la viscosidad del fluido varía dependiendo de la presión que ejerzamos.. Un sistema con propiedades comparables son las llamadas "arenas movedizas": se trata de una mezcla de arena y agua en la que pueden quedar atrapados animales o personas. También en este caso un movimiento brusco hace que la mezcla se vuelva más rígida, dificultando o imposibilitando los movimientos.
Esto explica porque mientras más nos movemos en las arenas movedizas, más nos cuesta salir. Al movernos más rápido, es decir aumentar la presión que ejercemos sobre este fluido, aumenta su viscosidad y por lo tanto nos cuesta más movernos, y poco a poco nos vamos hundiendo.
Otro fluido no Newtoniano que encontramos en la cocina es el ketchup: generalmente ocurre que al volcar el recipiente de ketchup el contenido no salga, no se vierta. Es necesario agitar fuertemente para que el contenido se vierta con facilidad. Ocurre que la viscosidad del fluido disminuye al agitarlo, promoviendo el movimiento de las moléculas entre sí. Luego de algunos minutos la viscosidad vuelve a aumentar
Al agitar el bote de ketchup, disminuimos la viscosidad del fluido acelerando el movimiento de las partículas y este sale con más facilidad.
4.-Explicación de la propagación de las ondas sonoras:
Dejando un poco aparte el tema de los fluidos y volviendo al de las ondas sonoras. ¿Por qué tipo de fluidos se transmiten mejor este tipo de ondas?
En contra de lo que mucha gente cree, el aire es uno de los medios en los que al sonido más le cuesta transmitirse. Para explicar el por qué, conviene entender primero el modo de propagación de las ondas sonoras.
Cuando una fuente sonora emite un sonido, como por ejemplo cuando hablamos o cuando suena un altavoz, las moléculas de aire más próximas a dicha fuente, que están inicialmente en reposo, se mueven hacia adelante y hacia atrás sobre su posición inicial (también llamada de equilibrio) hasta que la fuente sonora cesa y las moléculas pierden toda la energía, volviendo a su posición de equilibrio.
El movimiento de una molécula de aire provoca un efecto similar en la molécula siguiente, que también comienza a moverse de la misma manera sobre su posición de equilibrio. Ésa otra, al moverse, provoca que la siguiente a ella también se mueva. Y así sucesivamente, consiguiendo que, de este modo, el sonido se transmita.
En este caso, el movimiento de las moléculas de aire es longitudinal, es decir, en la misma dirección que la fuerza que las empuja. Ésta es la forma en la que se transmite el sonido, de ahí que las ondas sonoras se consideren ondas longitudinales.
. Esto quiere decir que la transmisión de sonido va a depender directamente de la concentración de moléculas que haya en el medio, por las que se irá transmitiendo sucesivamente el movimiento de unas moléculas a otras.
En el aire, las moléculas están ciertamente dispersas entre ellas. Esto quiere decir que una molécula tarda más (o le cuesta más) en transmitir su movimiento a la molécula siguiente. La velocidad de propagación del sonido en el aire es, en condiciones atmosféricas estándar, de aproximadamente 340 m/s.
En el agua, la concentración de moléculas es mayor, por lo que están más juntas las unas de las otras. De este modo, la transmisión del movimiento de una molécula a la siguiente en el agua se llevará a cabo con mayor facilidad y, por lo tanto, con mayor rapidez. Esto confiere al agua una velocidad de propagación del sonido de aproximadamente 1.500 m/s, más de 4 veces superior a la del aire.
Es interesante comprobar que la velocidad del sonido en el vacío es de 0 m/s. Esto quiere decir que en dicho medio no es posible la propagación de sonido, al carecer de todo tipo de moléculas que puedan transmitir su movimiento de unas a otras.
Dos astronautas en el espacio
serían incapaces de comunicarse entre sí
(...sin intercomunicadores electrónicos, se sobreentiende)
por mucho que gritaran
y aunque sólo les separase 1 cm de distancia.
5.-Explicación del experimento del teléfono:
Nuestra voz produce un sonido que se propaga por el aire en forma de onda sonora. Cuando esta onda sonora choca contra un material elástico y rígido, como el fondo del vaso, y le transmite sus vibraciones, este, a su vez, le transmite a la cuerda (medio material) y a través de ella alcanzan el otro vaso, donde el proceso se invierte; es decir, la cuerda transmite las vibraciones al fondo del vaso y éste al aire, que propaga el sonido hasta el oído de nuestro interlocutor. Este experimento lo conocemos muy bien todos, pero nunca nos hemos planteado si cambiando los materiales del “teléfono” podemos mejorar la transmisión del sonido.
¿Como mejorar el experimento?
Mientras más fina y más corta sea la cuerda mejor se transmitirá el sonido.Si la cuerda es demasiado larga nos arriegamos a que la energía de vibración se acabe antes de llegar al otro extremo. Mientras más tensa esté la cuerda mejor será , debido a que si la cuerda esta suelta no vibrará bien y no se transmitirá bien..
Enseñamos dos tipos de teléfono, uno con una cuerda más larga y más suelta y otro con una cuerda más corta más tensa. ¿Cual funcionará mejor?
6. Explicación y desarrollo del experimento de las copas de agua:
En este nuestro trabajo, hemos realizado un experimento para demostrar y poder enseñar la existencia diaria en nuestra vida cotidiana de ondas sonoras, con solo rozar el borde de unas copas.
Material utilizado:
- 2 Copas de vidrio
- Agua
- Papel
- Arena
Procedimiento:
1.- Llenamos una de las copas de agua y la colocamos junto a la otra a una distancia próxima, pero sin llegar a tocarse. A la otra copa, le colocamos el papel encima y arena.
2.- Nos mojamos el dedo y lo frotamos en el borde de la copa con agua.
3.- Observaremos como la arena se mueve y crea distintas formas (las formas que tienen las ondas sonoras)
Lo que ocurre en este experimento es que se aporta un movimiento (movimiento del dedo en el contorno de la copa) en el material (en este caso en vidrio) y lo que se va a provocar es una onda longitudinal (puesto que es una onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda)
Por otro lado la arena se moverá y formará figuras ya que la resonancia es un factor importante. Algunas veces ocurre que un objeto interpuesto en el camino de propagación de una onda se pone a vibrar cuando recibe energía del movimiento ondulatorio.
Con la energía absorbida el cuerpo entra en un movimiento de vibración y por lo tanto se dice que dicho cuerpo entra en resonancia con la onda recibida. La arena se convierte en una ond estacionaria.
En las copas se da una resonancia puesto que vibra por fricción. (nótese que no todas ellas se puede hacer el experimento ya que tiene mucho que ver el tipo de vidrio y el grosor).
Este es el Qr
