domingo, 23 de mayo de 2010

Diapason - Propagacion del sonido





PROPAGACION DEL SONIDO
OBJETIVO GENERAL
· Realizar comparaciones entre los diferentes medios por los cuales se puede propagar el sonido, mediante la experiencia con un diapasón.

OBJETIVOS ESPECIFICOS
· Conocer como se propaga el sonido, los medios y el tipo de onda que se forma.
· Utilizando un diapasón como instrumento para producir vibraciones, analizar los sonidos producidos en cada uno de los medios (líquidos, sólidos y gases)

INTRODUCCION
El oído es capaz de distinguir unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las tres cualidades que caracterizan todo sonido y que son la intensidad, el tono y el timbre. Aun cuando todas ellas se refieren al sonido fisiológico, están relacionadas con diferentes propiedades de las ondas sonoras.
Las ondas sonoras se producen debido a la vibración de objetos. Ya sea el sonido de una voz humana, el de un piano, el de un trombón etc., la fuente de dicho sonido es siempre un objeto vibrante. La utilidad esencial de este tipo de artefactos es servir como tono patrón para la afinación de instrumentos musicales.El diapasón es un claro ejemplo de cómo un objeto vibrante puede producir sonido. Está formado por un mango pequeño y dos puntas. Cuando se lo golpea contra algo las puntas comienzan a vibrar. El movimiento de las puntas hacia un lado y hacia el otro agita las moléculas de aire circundantes.

MATERIALES
Martillo
Diapasón
Péndulo
Recipiente con agua

MARCO TEORICO
¿Como se propaga el sonido?
El diapasón es un instrumento muy utilizado en los laboratorios de música. Consiste en una varilla cilíndrica de acero doblado en forma de U, con un soporte en su parte media, que se caracteriza por e un sonido definido y prolongado cuando se lo golpea. Si se hace vibrar un diapasón.
Un cuerpo que vibra transmite sus oscilaciones a las moléculas de los gases que constituyen el aire y que están en contacto con ese cuerpo. A su vez, ese movimiento oscilatorio es transmitido a las moléculas vecinas y de ese modo, la onda sonora se propaga, llegando a puntos lejanos. (En su avance, la onda va amortiguando gradualmente hasta desaparecer.)
Cuando una onda sonora se propaga en el aire, éste va experimentando aumentos y disminuciones de presión en la dirección en que se desplaza la onda. Estas variaciones de presión hacen que las moléculas de las zonas por donde se propaga la onda experimenten movimientos oscilatorios, hacia delante y hacia atrás, en la misma dirección del desplazamiento del sonido. Esto indica que las ondas sonoras son ondas longitudinales, ya que las partículas del medio vibran en la misma dirección del movimiento de avance del sonido En síntesis, se puede afirmar que: El sonido es una vibración que se propaga en forma de ondas longitudinales.
Si dentro de una campana de vidrio, en la que se puede hacer el vacío, se hace funcionar un timbre:
El sonido del timbre se propaga por el aire encerrado en la campana; luego, se transmite por el vidrio y continúa desplazándose por el aire exterior hasta llegar a nuestros oídos.
Si después se procede a realizar el vacío, se observa que, a medida que se extrae el aire, el sonido se va apagando hasta dejar de percibirse. Este experimento demuestra que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.
También, de acuerdo con estas experiencias se puede afirmar que el sonido se propaga en el aire y, en general, en todos los gases, pero, ¿qué sucede en los líquidos y en los sólidos?
Un nadador que se encuentra sumergido puede oír claramente el ruido del motor de una lancha, o la conversación de dos personas, o el golpe entre dos piedras. Entonces, los líquidos transmiten los sonidos.
Se puede construir un teléfono casero con dos vasos de papel o de plástico y un hilo:





Cuando el hilo está tenso, hablando cerca de uno de los vasos, se oye poniendo el oído en las proximidades del otro vaso. El hilo tenso (sólido) transmite el sonido mejor que el aire.
En el campo, si se aplica el oído al suelo, se puede escuchar el galope de un caballo que aún no se alcanza a divisar.
Estos casos demuestran que el sonido se propaga en medios sólidos.
En consecuencia se puede establecer:
Las ondas sonoras necesitan de un medio material elástico (sólido, liquido o gaseoso) para propagarse, por lo cual son ondas mecánicas.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SONIDOS
Las diferencias que se observan en los sonidos se deben a tres de sus características: la intensidad, la altura y el timbre.
Para reconocer estas características resulta útil el uso del diapasón. Si en el extremo de una de sus ramas se dispone una pequeña aguja, se puede inscribir el movimiento de esa rama sobre una plancha de vidrio enharinada, cuando se desliza la plancha de vidrio con movimiento uniforme de izquierda a derecha. Así, si el diapasón no vibra se obtiene la siguiente inscripción:
En cambio, cuando el diapasón suena se observa el siguiente gráfico:
La forma de la onda que emite un diapasón se denomina sinusoide.
En base a estos gráficos es posible diferenciar la intensidad, la altura y el timbre de los sonidos.
La intensidad de un sonido
La intensidad del sonido que se percibe, también denominada volumen, permite clasificarlos en débiles y fuertes.
Cuando se le da un golpe suave al diapasón, éste emite un sonido débil que puede inscribir la siguiente sinusoide
En cambio, si se golpea el diapasón con mayor fuerza se obtiene un sonido más fuerte, capaz de producir este gráfica
La comparación de las ondas representadas permite reconocer que tienen la misma frecuencia, pero la amplitud es mayor en el sonido más fuerte.
Entonces, se puede deducir que la intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda.
De modo tal que cuanto mayor es la amplitud, el sonido es más intenso.
Asimismo, se puede señalar que la intensidad acústica está relacionada con la cantidad de energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.
¿Qué es la altura de un sonido?
La altura o tono es la característica que permite clasificar los sonidos en graves y agudos.
Si se dispone de dos diapasones, uno que da un sonido grave y otro que produce un sonido agudo, al hacerlos vibrar con la misma intensidad se puede observar que inscriben las siguientes sinusoides:
El análisis comparativo de estas sinusoides muestra que las dos tienen la misma amplitud, pero la longitud de onda del sonido más agudo menor que la del sonido grave, por lo cual si la frecuencia es mayor. En consecuencia, se puede afirmar que la altura o tono de un do depende de la frecuencia de la onda.
De manera tal que cuanto mayor es la frecuencia de la vibración el sonido es más agudo.
Esta característica se puede verificar con una bicicleta realizando lo siguiente;
Se apoya la bicicleta en el suelo con las ruedas hacia arriba. Luego, se hace girar la rueda trasera con los pedales acerca un trozo de cartulina de modo tal que roce la cubierta se puede observar que si la rueda gira despacio (poca frecuencia) el sonido es más grave, mientras que al aumentar la velocidad giro (mayor frecuencia) el sonido se torna más agudo.
Junto con la frecuencia, en la percepción sonora del tono intervienen otros factores de carácter psicológico. Así, suele suceder que, elevar la intensidad, el tono percibido se eleva en las frecuencias altas y desciende en las frecuencias bajas. El tono es relativamente independiente de la intensidad en las frecuencias comprendidas en 1000 y 3000 Hz.
El timbre de un sonido
El diapasón emite un sonido puro, por lo cual cuando se inscribe una vibración la sinusoide perfecta.




En cambio, los instrumentos musicales no producen sonidos puros, sino que cada nota es un conjunto de sonidos emitidos simultáneamente. Así, si se ejecuta la misma nota musical, con igual intensidad y altura, en dos instrumentos distintos (por ejemplo, un piano y una guitarra), el oído los distingue claramente. Esta diferencia se debe a que el tono fundamental es el mismo en los dos casos, pero está acompañado por vibraciones secundarias diferentes en cada instrumento. Esas vibraciones secundarias se denominan armónicos.
La característica que permite al oído reconocer un mismo sonido producido por instrumentos distintos, se llama timbre.
El timbre no sólo permite diferenciar entre los diferentes instrumentos musicales, sino también identificar a las personas por su voz o a un perro por su ladrido. En otras palabras, permite descubrir la procedencia de un sonido.

SOLUCION
· Tomamos inicialmente un martillo y golpeamos el diapasón acercándolo inmediatamente al péndulo, logrando observar un mínimo movimiento del péndulo generado por la transmisión de las vibraciones del diapasón. Es importante mencionar que el movimiento del péndulo no fue tan notorio debido al peso del mismo.


· Nuevamente golpeamos el diapasón con el martillo y en este caso lo afirmamos a la pared perciben un sonido débil y muy corto.

· Otra experiencia la realizamos con ayuda de un recipiente con agua. Seguidamente golpeamos el diapasón y lo introdujimos en el agua lo que nos permitió apreciar una reacción de salpiques espontáneos. Esta reacción se dio debido a que al propinarle el golpe al diapasón este recibe energía la cual trasmite al agua en el momento en que entra en contacto con ella. Además las partículas del agua oscilan y transmiten su movimiento a las partículas contiguas sucesivamente, lo que nos permite apreciar las ondas. Después de un tiempo desde el impacto, las ondas se van atenuando hasta desaparecer.

· Ahora realizamos el experimento golpeando nuevamente el diapasón, dejándolo sobre la mesa y pegando el oído a esta. De este modo notamos una experiencia muy similar a la del sonido producido en el caso de la pared, donde seel sonido fue muy bajo y de poca duración.

· Ahora Al hacer sonar el diapasón y colocar el oído junto a la cavidad de su caja de resonancia el aire vibra emitiendo un sonido que contrario al caso anterior se torna mucho mas fuerte y mayor permanencia.

RESPONDA
Donde es más notoria la alteración del medio por el sonido ¿En los líquidos o en los gases? , ¿En los sólidos o en los líquidos?
Al terminar el laboratorio podemos experimentar que el sonido en el aire (gases) se hace más notorio que en el agua, pues es perceptible por nuestro aparato auditivo, ya que el sonido se dispersa más fácilmente en el aire que le ejerce menos dificultad para disiparse.
Por otro lado haciendo la comparación entre los sólidos y los líquidos, Es más relevante la alteración producida en el medio líquido, en nuestro caso el agua, ya que fue posible apreciar claramente las ondas en el agua mientras que el los sólidos como en la pared y la mesa el cambio (el sonido) fue mínimo para nuestra percepción.
Sin embargo, si tomamos estos interrogantes teniendo en cuenta la velocidad con que viaja el sonido en los diferentes medio, en general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.

¿Cuál cree usted que es el fenómeno que ocurre? , ¿Cómo puede escribirse matemáticamente?
Las experiencias realizadas en el laboratorio corresponden al fenómeno de vibraciones forzadas. Este fenómeno nos describe que si un cuerpo está vibrando y se pone en contacto con otro, el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia que el original.
Matemáticamente la solución particular seria:

Donde w es la pulsación con que opera la perturbación exterior.

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