Ciencias de los materiales

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

PJ-CM-37 Vibraciones transmitidas por medio de una bocina en una placa de acrílico para la creación de figuras con arena

Asesor: Karla Ivett Romero Barranco

Equipo [Equipo 11] Leonardo Gael Pichardo Enríquez[2° Chichen Itzá], Aisha Valentina García Valencia[2° Chichen Itzá], Carlos Emilio Olvera López[2° Chichen Itzá]

Resumen

El experimento de las placas de Chladni, es un experimento que nos permite visualizar cómo se distribuyen las ondas sonoras a travès de un material. Las diferentes frecuencias sonoras producen a través de sonidos, distintos modos de vibración, por lo que las figuras o dibujos ya sea amorfas o figuras como círculos, vayan cambiando conforme se modifica la frecuencia del sonido en la placa, esta idea se junto con otra en la que consistía en la fijación de la placa a alguna base ya sea de los extremos o del cetro de ella, esto para favorecer a que la onda de sonido tenga mas potencia en la placa misma y se creen las figuras con más exactitud y sean más visuales.

Se denominan figuras de Chladni a las figuras formadas por algún material granular sobre una superficie plana.

Al propagarse las ondas sonoras por un objeto plano como la placa metálica, se esparcen en todas direcciones, al igual que dependiendo de las longitudes características del cuerpo en el que se espolvoree la arena, las condiciones del entorno igualmente, puede afectar de cierta forma en la forma en la que se esparza la arena, ya que si se hace en una superficie rugosa, no se logrará los resultados que queremos lograr, al igual que depende de las frecuencias que se manejan en el experimento

La razón por la cual se usa una sustancia granulosa como la arena es porque con su forma y tamaño tan diminuto con una forma manipulable esta tenderá a acumularse en las parte donde hay menos vibración en la placa, formando lo que se conoce como figuras o patrones de Chladni.

ENGARGOLADO..

https://drive.google.com/file/d/1GKWn_RTxdRUpkNmB30FPCNMM3O_Wt4fc/view?usp=sharing

Pregunta de Investigación

¿Cómo generar Vibraciones transmitidas por medio de una bocina en una placa de acrílico para la creación de figuras con arena?

Planteamiento del Problema

Nuestro  problema planteado ocurre cuando se necesita hacer vibrar la placa ya que necesitamos ayuda de algún objeto específico, como un amplificador de sonido, para poder distinguir las diferentes frecuencias y vibraciones sónicas en la placa, para ello, debemos espolvorear la arena en la placa y hacerla vibrar con los sonidos, entonces, la arena comenzara a hacer las figuras, una ves se hayan creado, significara que en esas líneas donde se han acumulado, son las partes de la placa donde no vibra o vibra con menor frecuencia, así, lograremos identificar las vibraciones y sonidos que se están emitiendo en la placa.

Antecedentes

Éste es uno de los experimentos clásicos de la acústica. Se remonta a 1787, cuando Ernst Chladni estudió el fenómeno de la resonancia frecuentemente llamado el padre de la Acústica y que también fue el primero en dar una explicación consecuente de los meteoritos. Este era un físico alemán, nacido en Wittenberg. Dedicado al estudio de la Acústica, formuló algunas de las primeras leyes del sonido y publicó sus descubrimientos en Die Akustik (1802). Realizó sus experiencias con varillas, cuerdas y láminas de metal y de vidrio. Observó por vez primera las figuras geométricas que produce la arena esparcida sobre una placa vibrante y que se conocen con el nombre de figuras nodales o de Chladni. Entre sus aportes más destacados se encuentran cálculos sobre el estudio de la velocidad del sonido a través de diferentes gases y la investigación sistemática sobre la relación entre superficies y vibraciones a partir de la cual surgen las denominadas “Figuras de Chladni”. Las mismas expresan los comportamientos de ciertas partículas de arena que permanecen sobre una superficie.(1756-1827).
Entonces no había generadores de frecuencias, así que el físico alemán hizo vibrar la placa metálica con las cuerdas de un violín.. Para observar los modos de resonancia (modos propios de vibración) de una placa circular o cuadrada, sujeta por su centro, Chladni la hacía vibrar frotándose con el arco de un violín, después de haber espolvoreado arena fina sobre ella. Posteriormente dibujaba las líneas y patrones que formaban la arena sobre la placa. “El sonido puede verse”, fueron las palabras de Napoleón cuando, en 1808, Chladni realizó esta experiencia en la Academia de Ciencias de París. Si se hace vibrar las frecuencias a diferentes frecuencias de sonido en la bocina , la placa también vibrará a dichas frecuencias y, espolvoreando sobre ella arena fina, se observarán los patrones y líneas nodales que se forman sobre la placa.
Chladni, se ganó la admiración de Napoleón Bonaparte cuando, en 1808, realizó una demostración de su experimento en la Academia de Ciencias de París. En su honor , tales formas se llaman figuras de Chladni.Ernst Chladni, (1756/1827).
El objetivo de esta experiencia es la visualización de los modos propios de vibración de una placa cuadrada. Para ello se hará vibrar a diferentes frecuencias una placa metálica cuadrada sujeta por su centro y, espolvoreando arena fina sobre ella se observarán los patrones y líneas nodales que se forman en la misma, correspondiéndose cada patrón con un modo propio o frecuencia propia de vibración de la placa.

Objetivo

Demostrar , cómo es que por medio de las diferentes frecuencias sonoras en la placa metálica, se generan diferentes vibraciones en ella, creando figuras distintas en cada sonido.

Justificación

Quisimos hacer este proyecto ya que en nuestro día a día, podemos escuchar distintos sonidos a donde vayamos, y estos producen diferentes tipos de ondas sonoras, formando figuras según sus diferentes vibraciones, incluso con la posibilidad que se puedan reconocer sonidos sin necesidad de escucharlos, eso nos impulsó a realizar éste proyecto.

Hipótesis

Si logramos transmitir figuras amorfas a partir de vibraciones sónicas entonces podríamos comprobar que dependiendo de las vibraciones transmitidas en la placa de acrílico, se crean distintas formas según sean frecuencias bajas o agudas.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

  • Placa de acrílico de 25 x 25 cm de longitud y 3 mm de grosor.
  • Bocina inalámbrica pequeña de 5 watts de potencia.
  • Una base o caja de 35 x 35 cm de longitud y 10 cm de altura.
  • 500 g de Arena fina.

Procedimiento:

  • Colocar la bocina por encima de la base o caja donde se pondrá la placa de acrílico.
  • Colocar la placa de acrílico en la base para sostenerla por las orillas de tal forma que en la base donde se coloque, haya un espacio en el medio para colocar la bocina y pueda tocar la placa.
  • Colocar la arena encima de la placa.
  • Encender la bocina y colocar algún sonido aleatorio (una canción, una grabación, una nota de voz …) tratando de que sea solo uno para que a la arena pueda esparcirse a los espacios donde las frecuencias sónicas sean más débiles.

Galería Método

Resultados

Descargamos una aplicación en nuestro dispositivo electrónico la cual emitía diferentes sonidos a diferentes frecuencias, haciendo pruebas nos dimos cuenta que la frecuencia con mayor resultado era aquella que se transmitía de 150 hasta 190Hz, obteniendo movimientos en la arena poco visibles, esto debido a que la bocina no lograba intercambiar tantos sonidos con la placa.

Se colocaron 4 puntos dentro de la placa para evitar lo movimientos bruscos de la arena y que las frecuencias sónicas provocaran el movimiento de la placa.

Al momento de emitir sonidos graves, las figuras que se formaban eran amorfas, de igual manera el movimiento de la arena fue bastante brusco.

Se realizaron pequeñas pruebas con sonidos agudos, las cuales emitían figuras como círculos y tréboles, sin embargo el sonido era bastante intenso, por lo que no se logró transmitir durante mucho tiempo.

LONA

https://drive.google.com/file/d/1BJXCRHQWdawEp4Okp4xQq2icnAv1wCHf/view?usp=sharing

Galería Resultados

Discusión

Descargamos una aplicación en nuestro dispositivo electrónico la cual emitía diferentes sonidos a diferentes frecuencias, haciendo pruebas nos dimos cuenta que la frecuencia con mayor resultado era aquella que se transmitía de 150 hasta 190 hz. , obteniendo movimiento en la arena poco visibles, esto debido a que la bocina no lograba intercambiar tantos sonidos con la placa. Se colocaron 4 puntos dentro de la placa para evitar los movimientos bruscos de la arena y que las frecuencias sonideras provocan el movimiento de la placa.

Al momento de emitir sonidos graves las figuras que se formaban eran amorfas, de igual manera el movimiento de la arena fue bastante brusco. Se realizaron pequeñas pruebas con sonidos agudos, las cuales emitían figuras como círculos y tréboles, sin embargo el sonido era bastante intenso, por lo que no se logro transmitir durante mucho tiempo.

 

 

Conclusiones

Se lograron emitir diferentes vibraciones con diferentes frecuencias creando distintas figuras en cada sonido.

Bibliografía

  • https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwiQo_jN_dzsAhUPeKwKHRt1Av8QFjACegQIAhAC&url=http%3A%2F%2Fwww.dfists.ua.es%2Fexperiencias_de_fisica%2Findex08.html&usg=AOvVaw3hgIrEBHKvUNIkwcNtLlfH
  • https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiQo_jN_dzsAhUPeKwKHRt1Av8QFjALegQICBAC&url=https%3A%2F%2Fenelcampodelavanda.wordpress.com%2F2017%2F03%2F21%2Flas-figuras-de-chladni-el-sonido-puede-verse%2F&usg=AOvVaw3OBi5biMMSako84V24_W3I
  • https://meet.google.com/linkredirect?authuser=0&dest=https%3A%2F%2Fproyectoidis.org%2Fernst-chladni%2F
  • https://meet.google.com/linkredirect?authuser=0&dest=https%3A%2F%2Fwww.definiciones-de.com%2FDefinicion%2Fde%2Fchladni%2C_ernst_florens_friedrich.php

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography