Divulgación y enseñanza de la ciencia

PK – 96 – DC ¿Se puede observar el sonido?

  • Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
  • Área de participación: Divulgación y enseñanza de la ciencia
  • Asesor: REYNA ELIZALDE GONZÁLEZ
  • Autor: ESMERALDA MONTSERRAT LEON JUAREZ ()

Resumen

El sonido de la vibración impacta en un objeto, de tal manera que produce un movimiento, que se ve reflejado en un objeto solido. El sonido se reproduce por medio de ondas sonoras que viajan a través de cualquier medio. Se generan de manera sinusoidal.

La resonancia tiene una longitud similar a la onda de la placa y una fracción entera de alguna de las dimensiones de la placa con  el lado mas largo y luego mas corto. Con esto se crean partes donde la vibración es mas fuerte y donde no hay vibración alguna.

Este objeto que vibra tomara sus frecuencias de resonancia de una excitación compleja.

Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vaso que se rompe cuando un soprano canta y  sostiene la frecuencia de resonancia del mismo.

Este fenómeno consiste en tomar dos dimensiones  capaces  de emitir un sonido de la misma frecuencia y  colocados uno próximo del otro cuando hacemos vibrar el otro omite de manera espontánea el mismo sonido debido a que las ondas sonoras generadas por el primero presionan a través del aire al segundo.

Pregunta de Investigación

¿Cómo podemos observar la resonancia Qué es lo que lo provoca que se formen las figuras

Planteamiento del Problema

El sonido  está presente en todos los lugares en los que interactuamos sin embargo nos desconocemos que las ondas emitidas viajan, ya sea por medio de gases, líquidos o sólidos y cada uno tiene asociada una amplitud. Las ondas  sonoras tienen ciertas cualidades como el tono, la intensidad y el timbre.

El sonido es percibido por el órgano de la audición. A partir de su propagación en el aire, las ondas  generadas viajan, se amplían y se propagan naturalmente en nuestro precioso aparato auditivo.

Pero a pesar de esto no conocemos lo suficiente para demostrar y hacer palpable como viaja a través de ondas o como de podría representar en algunos materiales las frecuencias, la presión, incluso el aire.  La resonancia es algo que se requiere demostrar ya que es difícil observarse.

Antecedentes

La resonancia por definición nos da a entender que es la repercusión de un sonido emitido por otro, como un reflejo, además de que se puede saber que es la prolongación del Sonido y este va disminuyendo.

“La resonancia es un estado de operación en el que una frecuencia de excitación se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la máquina. Una frecuencia natural es una frecuencia a la que una estructura vibrará si uno la desvía y después la suelta. Una estructura típica tendrá muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rápidamente.”

Lo que significa que la resonancia es un fenómeno que se produce cuando coincide la fuerza propia de un sistema mecánico con la frecuencia de una excitación externa.

El efecto Doppler es una variación en la frecuencia del sonido percibido debido al movimiento de la fuente.

Por ejemplo si estas junto a una autopista y un auto se acerca tocando el claxon, el tono del sonido es mayor cuando el carro se acerca y menor cuando se aleja.

También puedes oír variaciones en la frecuencia del ruido del motor cuando ve un carro de carreras viajando alrededor de la pista.

El sonido es la vibración de un objeto, de tal manera que produce un objeto. El resultado de esto, es el sonido.

Más exactamente se puede decir que el sonido se genera por medio de ondas, ondas sonoras. Las cuales viajan a través de cualquier medio y su rapidez depende de estas propiedades.

La velocidad con la que las ondas se propagan en un medio depende de las características de dicho medio. Cuando la velocidad de propagación de las ondas es la misma para todas las frecuencias se dice que el medio es no dispersivo para esas ondas. En el caso contrario, cuando la velocidad de propagación depende de la frecuencia el medio es dispersivo.

En 1680, Ernst Florens Friedrich Chladni, o simplemente Ernst Chladni, físico y músico alemán, repitió los experimentos de Robert Hooke, que, al pasar un arco de violín en el borde de una placa de vidrio cubierta con harina, observó que ciertos patrones se fueron formando en la harina.

En su experimento, Ernst Chladni utilizó una placa rígida de metal con un poco de arena, y de nuevo un arco de violín en el borde de la placa, ocasionando que esta última vibrara. Cada objeto tiene una frecuencia natural. Al crear una frecuencia armónica sobre la placa, Chladni creó ondas estacionarias resonantes sobre ella.

Ernst Chladni es llamado el “padre de la acústica“. Debido a su estudio de la “placa de Chladni”, se dio cuenta de la relación entre el sonido y las ondas. También fue el primero en suponer que los meteoritos eran de origen extraterrestre, algo que fue considerado absurdo en el momento.

Las ondas estacionarias resonantes tienen una longitud de onda similar a la longitud de onda de la placa, y una fracción entera de alguna de las dimensiones de la placa: diagonal, con el lado más largo, el lado más corto. Con esto, se crean regiones donde la vibración es más fuerte, y donde no hay vibración alguna (esta última llamada nodos, donde se acumulan los granos de arena o harina en el plato).

Aplicaciones de la resonancia

  1. Resonancia musical. Muchos instrumentos musicales se diseñan con cavidades resonantes para producir variedad de sonidos. Acoplando una cavidad resonante se genera una onda que es percibida por nuestro oído o por un micrófono.

 

  1. Resonancia de las moléculas de agua. Este fenómeno se utiliza para calentar alimentos en los hornos llamados microondas.
    La molécula de agua entra en resonancia con una frecuencia de 2450 MHz, se pone a vibrar alrededor de su posición inicial causando una fricción o rozamiento y por tanto un calentamiento de los alimentos.
  2. Resonancia magnética nuclear (RMN). Es un examen médico no invasivo.
    Se coloca al paciente dentro de un electroimán muy potente. Se le envía una onda de radio que entra en resonancia con los protones del hidrógeno, que está presente en todos los tejidos del cuerpo humano. Se interrumpe la onda y los protones vuelven a su estado natural emitiendo una señal que es recibida y utilizada para reconstruir una imagen del interior del paciente.
    La resonancia magnética crea imágenes detalladas de los órganos, tejidos blandos, huesos y prácticamente toda la estructura interna del paciente.

En aplicaciones de sonido, una frecuencia de resonancia es una frecuencia natural de vibración determinada por los parámetros físicos del objeto vibrante.

Esta misma idea básica de frecuencias naturales determinadas físicamente, se aplica a través de la física, a la mecánica, la electricidad y el magnetismo, e incluso a todo el ámbito de la física moderna. Algunas de las implicaciones de las frecuencias de resonancia son las siguientes:

  1. Es fácil conseguir que un objeto vibre a sus frecuencias de resonancia, pero difícil de conseguir que vibre en otras frecuencias.
  2. Un objeto que vibra, tomará sus frecuencias de resonancia de una excitación compleja. Vibra a esas frecuencias “filtrando” fundamentalmente otras frecuencias presentes en la excitación.
  3. La mayoría de los objetos que vibran tiene múltiples frecuencias de resonancia.

La resonancia mecánica es un fenómeno particular en el que la fuerza constante que aplicamos a nuestro sistema, coincide con la pulsación de resonancia, una característica propia de cada sistema oscilante simple. Cuando ambas magnitudes coinciden, la amplitud del sistema oscilante.

Los edificios en que habitamos o en que trabajamos son estructuras elásticas que permanentemente están vibrando debido al paso cercano de los automotores pesados o a los mismos impulsos mecánicos producidos por quienes los habitan, al caminar, al bailar, al mover muebles, etc.

El suelo mismo en que nos movemos experimenta movimientos oscilatorios todos los días, tal como nos lo indica el reporte diario del Servicio Sismológico Nacional, simplemente que son de tan pequeña magnitud que en general no los alcanzamos a percibir. Así, del 21 de febrero al 11 de marzo de 2009 se reportaron 93 eventos sísmicos de magnitud mayor a 3 grados en la escala Richter, es decir, casi 3 movimientos oscilatorios del suelo por día  Las vibraciones que parten del motor de los automóviles someten a todas las partes de un auto y a sus ocupantes continuas oscilaciones mecánicas. El mundo laboral está lleno de máquinas de diferentes tamaños que van desde los taladros de mano hasta máquinas más potentes que producen toda una variedad de vibraciones mecánicas. Las mismas fuerzas gravitatorias oscilan, tal como lo muestra el fenómeno de las mareas en que el nivel del mar sube y baja acompasado con el movimiento periódico de la luna.

Una resonancia magnética (RM) es un examen imagenológico que utiliza imanes y ondas de radio potentes para crear imágenes del cuerpo. No se emplea radiación (rayos X).

Las imágenes por resonancia magnética solas se denominan cortes y se pueden almacenar en una computadora o imprimir en una película. Un examen produce docenas o algunas veces cientos de imágenes.

Los efectos de sonido en la radio no se introdujeron en este nuevo medio hasta los años 20.

Los pocos efectos sonoros que se usaban en aquellos días eran simples, sencillos, y a menudo no muy convincentes. Cualquier persona cerca de un micrófono podía entonces crear efectos de sonido, aunque no muy logrados.

La tapa de un piano se dejaba caer para imitar el cierre de una puerta. Los palillos de madera de los fósforos se encajaban a presión cerca del micrófono para simular el golpe de un bate de béisbol.

Los disparos de un arma se lograban con un cinturón que golpeaba un sofá de cuero o un palillo que golpeaba el borde de un tambor.

El realismo ni se logró, ni fue obtenido con estos esfuerzos. En aquella época, las estaciones de radio llenaban su tiempo de emisión con música de orquesta, con lectores de poesía, cantantes, y con los discursos de los predicadores de la época, ninguno de ellos cobraba por su trabajo.

Solamente cuando empezó el género del drama se convirtió en necesario crear efectos de sonido mejores.

Los primeros profesionales del sonido, por supuesto, no tenían ninguna preparación. Algunos tuvieron alguna experiencia entre bastidores de teatro donde habían sacudido una hoja de metal para imitar un trueno, o habían dado una palmada a un tablero contra otro para simular tiros.

En los años 30, había un montón de demostraciones del drama (cuentos por entregas, los detectives, los misterios…) la mayoría de las cuales requirieron efectos de sonido realistas.

Los sonidos de aquella época se dividieron básicamente en dos categorías:

  1. a) los que avanzaban la acción o ayudaban al movimiento y sucesión de hechos de la historia

 

  1. b) sonidos fijos, los que eran producidos con una combinación de sonidos manuales y registrados.

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración se acerca al periodo de vibración característico   de dicho cuerpo, en el cual, una fuerza relativamente pequeña aplicada en forma repetida hace que una amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande.

En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. En teoría, si se consiguiera que una pequeña fuerza sobre un sistema oscilara a la misma frecuencia que la frecuencia natural del sistema se produciría una oscilación resultante con una amplitud indeterminada.

Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vaso que se rompe cuando una soprano canta y alcanza y sostiene la frecuencia de resonancia del mismo. Por la misma razón, no se permite el paso por puentes de tropas marcando el paso, ya que pueden entrar en resonancia y derrumbarse.

Una forma de poner de manifiesto este fenómeno consiste en tomar dos diapasones capaces de emitir un sonido de la misma frecuencia  y colocados próximos el uno del otro, cuando hacemos vibrar uno, el otro emite, de manera espontánea, el mismo sonido, debido a que las ondas sonoras generadas por el primero presionan a través del aire al segundo.

El viejo  puente de Tacoma Narrows ha sido popularizado en los libros de física como un ejemplo clásico de resonancia; sin embargo la descripción extendida no es del todo correcta. Este puente falló debido a la acción de unas fuerzas conocidas en el campo de la aerodinámica de puentes como fuerzas autoexcitadas, por un fenómeno conocido como fluttering o flameo las cuales empujando en forma periódica provocaron el aumento del movimiento del puente. Robert H. Scanlan, padre de la aerodinámica de puentes, escribió un artículo criticando este malentendido.1 Ningún puente se termina si no pasa la prueba del “tubo de viento”.

 

Objetivo

  • Observar cómo las ondas sonoras crean figuras en diferentes materiales  solidos a través de la emisión de ondas según la resonancia que emiten las  frecuencias,  conocer acerca de la frecuencia de cada sonido y  el impacto  como se generan.
  • Demostrar cómo se propaga la resonancia.

Justificación

Me intereso saber la manera en la que puedo representar el sonido a través de un generador de ondas, usando una placa de diferente material que al colocarla sobre una bocina que emita sonido con diferente frecuencia se produzcan diferentes figuras.

En la actualidad no se puede mostrar de manera simple como la resonancia tiene movimiento e impacto como se puede materializar o hacerse presente en algún sólido  por medio de las vibraciones, por ello quiero dar a conocer  mediante este experimento para que se observe.

Hipótesis

Si logro plasmar las ondas sonoras entonces podré observar el movimiento que transmiten.

Método (materiales y procedimiento)

Este proyecto es experimental, porque al utilizar materiales diversos experimentaremos varias formas para construir nuestro prototipo y llegar a una conclusión que represente la resonancia y frecuencia del sonido.

Galería Método

Resultados

Se hizo vibrar la bocina utilizando una frecuencia pequeña y el resultado fue que no vibro la sal, pero al aumentarla empezó a vibrar y al aumentar más y más, empezó a vibrar en diversas áreas donde no vibraba nada, sin embargo en algunas vibraciones solo vibro en el centro de la placa y dejo de vibrar cerca de los bordes.

Frecuencia Observaciones Resultados.

10.0 Hz. No vibra nada. No se formaron figuras.

74.0 Hz Vibra un poco. No se formaron figuras.

90.0 Hz Vibra más. No se formaron figuras.

110.0 Hz Vibra en el centro, pero no vibra cerca de los bordes.

Ya se forman figuras:

850 Hz No pasó nada La placa metálica y dejo de vibrar.

Al experimentar con los diferentes materiales como la sal, azúcar y arena, se observó lo siguiente:

Con la Sal: no se formaron figuras bien definidas, sin embargo, la sal “brincaba” al emitirse la frecuencia del sonido.

Con el Azúcar: Se logró observar que si se formaron figuras debido a la emisión de la frecuencia de sonido, las figuras fueron más definidas que con la sal. Al aumentar o disminuir la frecuencia del sonido, el azúcar formó diferentes y complejas figuras en la placa

Con la Arena. Solo se logró observar que este material no formó figuras definidas, se notó que algunas de las partículas solamente “brincaban”.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

El sonido es un fenómeno ondulatorio, que al ser  transmitido a la placa de metal, las vibraciones y las ondas de sonido hacen que este fenómeno ocurra de esta manera y eso hace que los materiales con diferentes tamaños y texturas, como el azúcar, la sal y la arena forme sus diferentes figuras y patrones en la placa de metal usando el generador de tonos.

Comprobando que a diferente frecuencia de sonido, se forma diferente figura.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada

Placa de Chladni, Recuperado de: http://www.ucm.es/data/cont/docs/76-2013-11-08-

10_01_Chladnis_plate.pdf

Placas de Chladni C2A, Recuperado de: http://www.clickonphysics.es/cms/wp-content/uploads/PLACASDE-CHLADNI.pdf

Malpica, J. 2012. Materia: Física Avanzada secundaria 2 grado.

Libro de la SEP., Materia de Ciencia Naturales. Sexto Grado.

Resonancia de una onda mecánica, recuperado de:

http://ondasmecanicaspmtr.blogspot.mx/2011/04/fenomenos-acusticos-resonancia-de-una.html



PK – 96 – DC ¿Se puede observar el sonido?

Summary

This presentation where you want to exhibit the impact of the resonance can be performed only with pure tones. If you try ordinary music, which includes a spectrum of frequencies, we will only get a chaotic scattering of the salt. Among the practical applications of this phenomenon of wave annulment is the study of resonance and the reduction of vibrations.

We talk about acoustic phenomena in which the propagation of sound in a limited medium in this case where we use a square metal plate at certain frequencies makes the salt grains Orillen in the lines of intersection of the waves. In the experiment they connect a frequency generator to an engine that vibrates depending on the tone and transmits that vibration to a screw located in the center of the plate.

To generate a sound, the metal vibrates doing jump salt but, in some frequency, the waves are overridden by creating lines nodal where the plate does not vibrate. There is where you find the grains of salt. With each new frequency, the geometric pattern changes.

Research Question

How can we observe the resonance? What causes the figures to form?

Problem approach

The sound is present in all the places in which we interact nevertheless we know that the expressed waves travel, be already by means of gases, liquid or solid and each one has a biggest associate. The sonorous waves have certain qualities such as tone, intensity and ring.

The sound is perceived by the organ of hearing. From its spread in the air, waves generated travel, expanded and spread naturally in our precious device

But in spite of this we do not know the suffering to demonstrate and to make palpable as it travels through waves or as it could be represented in some materials the frequencies, the pressure, even the air. Resonance is something that is it needs to demonstrate since it is difficult to be observed.

Background

Objective

To observe how the sonorous waves create figures in different materials occurred rarely across the wave emission as the resonance that express the frequencies, to know about the frequency of every sound and the impact as they are generated.

To demonstrate how resonance is propagated.

Justification

We want to know the way in which we can represent the sound through a wave generator, using a plate of different material that when placed on a loudspeaker that emits sound with different frequency, different figures .

At present it is not possible to show in a simple way as the resonance has movement and impact as it can materialize or be present in some solid by means of vibrations, so I want to make known through this experiment to be observed.

Resonance is a prolongation of a sound in space, once produced that gradually decreases until it disappears. It is an acoustic phenomenon produced by the shock of the sound waves with an obstacle.

 

Hypothesis

If we manage to capture the sonorous waves we will be able to observe the movement that they transmit

Method (materials and procedure)

Results

The horn was vibrated using a small frequency and the result was that it did not vibro the salt, but by increasing it began to vibrate and to increase more and more, began to vibrate in various areas where nothing vibrated, however in some vibrations only sound vibrated in the center of the Plate and stop vibrating near the edges.

Frequency Observations Results.

10.0 Hz. Does not vibrate nothing. Is not formed figures.
74.0 Hz vibrate a little. Is not formed figures.

90.0 Hz vibrates more. No figures were formed.
110.0 Hz vibrates in the center, but does not vibrate near the edges.
already formed figures:
850 Hz Nothing happened the metal plate and stopped vibrating.

To experiment with the different materials such as salt, sugar and sand, the following was observed

With the Salt: were formed not figures well defined, however, salt “skip” upon the issue of the frequency of the sound.

With sugar: It was observed that if figures were formed due to the emission of the sound frequency, the figures were more defined than with the salt. By increasing or decreasing the frequency of sound, the sugar formed different and complex figures on the plate.

With the sand. It was only observed that this material did not form defined figures, it was noticed that some of the particles only “skip”.

Discussion

Conclusions

The sound is a phenomenon undulatory, that to be transmitted to the metal plate, vibrations and sound waves make this phenomenon occurred in this way and that makes the materials with different sizes and textures, such as sugar, salt and sand forming their different shapes and patterns in the metal plate using the tone generator.

Verifying that to different sound frequency, one forms differently figures.

 

Bibliography