Sound energy
12 Jan, 2013
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PDFTuning fork
PRESENTATION: A pair of tuning forks is assembled on resonance boxes with an open front, so the sound intensity is magnified and the frequency of the emitted sound decreased. By placing small adjustable masses at their ends the frequency is raised when they move towards the base.
- Frequency measurement with a chromatic tuner, H. David Sheets, Phys. Teach. 31, 504 (1993)
- Inexpensive Instruments for a Sound Unit, B. Brazzle, Phys. Teach. 49, 228 (2011)
INTRODUCTION: The tuning fork is an object that produces sound waves, because when its fork prongs shaped in U are struck against something or with something they start vibrating, stirring the molecules of the surrounding air, although the human eye cannot detect any movement. As an amplifying element is necessary, the non-vibrating part must rest on the resonance box. It is usually employed as a musical tuner. In each video we can watch a brief explanation of the experiment dealt with here.
OBJECTIVE: To listen to the wave transmission between 2 tuning forks and watch their vibration when struck and when receiving the wave.
MATERIALS: 2 tuning forks, 2 resonance boxes, 2 forks, drumstick, ping-pong ball, water glass, cord, support.
SET UP: The tuning forks are introduced in the wooden boxes supports and they are struck against the drumstick. In the experiment with the ball, we tie the ball with some cord that is tied to a door handle in such a way that the ball is slightly in contact with the tuning fork.
- Choosing a frequency at random but identical for both tuning forks, the same wave transmission is kept.
- On the other hand, if the frequencies we choose are different for each one, those waves are not transmitted.
- To show heterodyne interference we have oriented the opening of the boxes that support the tuning forks in a converging direction and each tuning fork with a different frequency. When we strike each of them, we check a pulse wave.
CONCEPTS: tuning fork, resonance, waves, hertzs, vibration, heterodyne interference.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- Tipler P.A. Física. Barcelona: Reverté, 2010.
- De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
- Serway R.A y J.W.Jewett. Física, Thomson-Paraninfo, 2010.
STUDENTS 2012-2013: Andrea Mouriño, Rodrigo Novoa, Victor Pérez
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
51 responses to "Sound energy"
Como bien comentan en la introducción, un buen ejemplo de esto es la caja de resonancia de los instrumentos. Se trata de una parte primordial de la mayoría de instrumentos acústicos, principalmente de cuerda y percusión, cuya finalidad es la de amplificar y modular el sonido.
Además, para que exista sonido deben existir tres elementos: Un cuerpo que vibre, un soporte físico por el que se transmita y una caja de resonancia que amplifique esas vibraciones , permitiendo que sean percibidas por el oído.
Por lo tanto la caja de resonancia está presente en todos los sucesos sonoros que percibimos a diario.
Hay un experimento muy sencillo de hacer con un vaso y un diapasón que demuestra la importancia de la caja resonancia o elemento de amplificación. Se hace vibrar el diapasón y después se direcciona el vaso hacia el diapasón, sólo cuando está orientado directamente hacia el vaso somos capaces de oír el sonido producido por la vibración del diapasón. Este efecto se puede usar para hacer “trucos” de magia. Además las ondas sonoras son unas ondas de presión que son capaces de interactuar con los objetos como lo demuestra el primer vídeo del aparatado “más información” o este otro donde apagan una vela con el sonido que sale de un altavoz.
A través de este experimento podemos ver un claro ejemplo de ondas sonoras. Mediante esta experiencia podemos “ver el sonido”. El montaje es muy sencillo, sólo se necesita papel film, goma elástica, recipiente de plástico, silbato y unos trocitos de corcho blanco. Cubrimos el recipiente con el film y lo sujetamos con la goma elástica de modo que quede muy tenso (algo parecido a un tambor). Ponemos unos trocitos de corcho blanco sobre el papel de film y luego tenemos que sonar el silbato sobre el recipiente de plástico. Vemos que los trozos de corcho blanco se mueven sobre el plástico.
Este experimento nos muestra que el sonido se origina cuando un foco emisor vibra y dicha vibración se transmite por un medio material. Al propagarse por el aire se generan compresiones y dilataciones periódicas del aire. Las ondas sonoras son, por tanto, ondas mecánicas (necesitan un medio para viajar) y ondas longitudinales (las partículas vibran en la misma dirección en la que se propagan las ondas).
Al soplar el silbato este vibra y hace vibrar el aire que lo rodea. Dicha vibración se trasmite por el aire en forma de ondas sonoras. Cuando dichas ondas chocan con el papel de film este vibra y hace saltar los trocitos de corcho blanco.
Nuestra cabeza es una caja de resonancia para nuestra voz. Los cantantes profesionales lo saben muy bien y aprovechan todos los recursos que pueden. En el canto difónico y gracias al juego entre la faringe, la boca y las fosas nasales se producen dos sonidos simultáneos y a veces con una ligera variación temporal. Como ejemplo este enlace.
Este efecto lo podemos observar cuando una ambulancia se va acercando a donde estamos, al disminuir la distancia del foco emisor al receptor la frecuencia aumenta.
Un efecto de resonancia que me me gusta especialmete es el que se consigue con las copas de cristal, cuando se llenan con un poco de agua y, al mojar un dedo y desplazarlo sobre su borde superior produce esos sonidos
Otra muestra de este fenómeno llamado resonancia o afinidad vibratoria, es que para afinar una guitarra, se puede usar otra que sí esté afinada. Tocando las diferentes cuerdas y notas, percibiremos que al ajustar la cuerda de la que queremos afinar, esta vibra cuando está en armonía con la guitarra afinada, dándonos así el punto exacto de tensión requerida.
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 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. Como consecuencia, las ondas sonoras se producen debido a la vibración de objetos. Ya sea el sonido de una voz humana, el de un piano o el de un trombón, 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 segundo experimento nos permite “visualizar” como la onda sonora se propaga por el aire o por un fluido. Otro dispositivo que se puede utilizar para visualizar las ondas sonoras es el tubo de Rubens. Consiste en un tubo, que se llena de gas inflamable. En uno de los extremos del tubo se coloca un altavoz, y el otro permanece cerrado. Sobre el tubo se realizan una serie de pequeños orificios que permiten la salida del gas, prendiendo el gas a su salida por los orificios. En las zonas donde la amplitud de la onda sonora es mayor, la presión aumenta, y eso produce que la llama en ese punto sea más alta, y por el contrario donde la presión es menor la llama es más baja, o incluso desaparece cuando la presión externa es mayor que la presión en el interior del tubo, impidiendo la salida del gas por esos puntos. De esta forma, podemos visualizar de manera muy espectacular y llamativa las ondas sonoras que se propagan en el interior del tubo. Este vídeo muestra como funciona. Merece la pena verlo
Outra maneira de poder observar o efecto das ondas de sonido é vendo o efecto destas non só en moléculas de aire, senón a súa propagación na auga, como se pode ver neste experimento do Exploratorium. Ademáis, tamén nos da unha idea de como funcionan certos instrumentos musicais.
Por medio dun sinxelo experimento da cimática podemos visualizar a vibración sobre unha menbrana producida pola voz humana e iluminada por un raio láser.
Una caja de resonancia esta ; como dice en un principio , bien definida en cyualquier intrumento de cuerda. es una exposicion muy interesante
Se podría cambiar la experiencia poniendo plastilina en una de las ramas del diapasón, cambiaría su frecuencia y no habría resonancia. También sería interesante relacionar la audición con la resonancia
Este vídeo muestra una forma divertida de atraer la atención e interés del alumno en el estudio del sonido.
Me encanta el segundo vídeo sobre la transmisión de las ondas. Se muestra perfectamente que el sonido es una onda.
Además este experimento se puede hacer interdisciplinar entre profesores de música y física, cosa que me parece muy educativa. Se podría estudiar este efecto con distintos instrumentos musicales y con distintas notas (más graves y agudas) y ver qué sucede. Dejo este enlace de la Fundación Juan March sobre experiencias sonoras con la guitarra.
Me parece un interesante experimento para ilustrar visualmente de forma sencilla la energía sonora. Adicionalmente, me parece bastante adecuado el hecho de que se use un diapasón, que además de su utilidad para el experimento es muy utilizado para afinar cualquier instrumento, ya que produce un tono puro. Además del experimento, para profundizar en vertiente práctica del sonido, podría ser interesante que los alumnos utilizasen la App Sound Analysis Oscilloscope, una aplicación móvil, gratuita y al alcance de todo el mundo, que al igual que un “osciloscopio físico” permite ver múltiples características de cualquier sonido que elijan, y así comprender un poco mejor los conceptos relacionados con la energía sonora.
Bonito experimento para mostrar que el sonido es producido por objetos vibrando que mueven el aire a su alrededor provocando ondas sonoras. Sin embargo puede no ser muy intuitivo para el alumno la idea de mover una masa arriba o abajo en las ramas del diapasón para incrementar o disminuir su frecuencia de vibración y por tanto la del sonido (haciéndolo más agudo o grave) ya que el cambio de frecuencia en el diapasón no parece suficiente para que el cambio en el sonido sea perceptible para el alumno. En mi opinión, el ligero cambio en sonido que se percibe corresponde a una combinación del diapasón vibrando con menor intensidad y la nueva frecuencia, por lo que no es muy ilustrativo para el alumno.
Un guitarra puede ofrecer un ejemplo más claro. En la guitarra, la longitud de las cuerdas y su grosor les conceden una frecuencia de vibración natural específica para cada cuerda. Por eso producen distintos sonidos. Cuando el guitarrista aprieta con su dedo una cuerda hace que la longitud de cuerda que vibra disminuya, aumentando la frecuencia a la que vibra y por tanto subiendo el tono del sonido a uno más agudo. El recurso musical “glissando” muestra esto de manera muy intuitiva. Esto da pie a experimentos un poco más complejos pero igualmente muy interesantes, como el propuesto aquí.
Otro experimento muy sencillo para visualizar la energía sonora es usando 2 copas de vidrio, agua, arena y un papel delgado. Pondremos agua en una de las copas. Colocaremos la otra copa al lado con un trozo de papel tapando la superficie, y colocando arena sobre el papel. Mojaremos los dedos con agua y frotaremos el borde de la copa que contiene agua. Entonces veremos como la segunda copa que está cerca pero sin llegar a tocarse, vibra por resonancia haciendo que los granos de arena se acumulen en ciertas zonas (regiones nodales). Si lo hacemos bien podremos ver como según las diferentes vibraciones que creemos, la area formará diversas figuras.
O efecto acústico que se aprecia no punto 3 do vídeo explicativo lembroume ao recurso musical coñecido como vibrato. Este consiste en variar lixeiramente a frecuencia dun son. No caso do canto, instrumentos de vento e de corda, esta variación realízaa o músico dun xeito físico, pero no caso do órgano isto faise por interferencia de dúas notas próximas (que é o que sucede cos sons emitidos polos dous diapasóns do vídeo). Acústicamente o que se percibe é unha oscilación do ton que parece “subir e baixar”.
Aínda estou coa boca aberta despois de mirar o vídeo que pasou Aimar.
A demostración da interferencia heterodina neste experimento é auditiva. Non obstante, empregando un altavoz, un globo, un láser, un anaco de espello e un xerador de frecuencias podemos realizar unha montaxe que ilustra as interferencias entre as ondas sonoras de maneira auditiva e visual simultaneamente. Podédelo observar neste vídeo de Steve Mould, un divulgador científico da comunidade de Youtube. Os patróns creados polo láser a causa da vibración provocada por varias ondas sonoras de diversas frecuencias poden chegar a ser moi complexos, creando formas cuxo movemento resulta estraño aos nosos ollos.
Lendo a introdución do vídeo coa explicación do diapasón, recordoume ao birimbao; un sinxelo instrumento musical idiófono constituído por un arco metálico e unha lengüeta cuxa vibración é audible ao empregar como caixa de resonancia a boca. En Galiza, atopamos unha gran tradición de tocar este instrumento na Fonsagrada. O segundo vídeo no que se visualiza a vibración do son recordoume ao truco das cordas de guitarra do que se valeu Lanteri, deseñador de efectos especiais, na longametraxe Jurassic Park para recrear a vibración do vaso do salpicadeiro do coche cando se aproximaba o T-Rex.
Experimento muy visual y práctico para comprender la transmisión de las ondas. Relacionado con él me parece interesante el concepto de frecuencia de resonancia y su aplicación a los instrumentos de viento, en los que se amplifica el sonido gracias a que las ondas entran en resonancia. La frecuencia de resonancia es una frecuencia natural de vibración, determinada por los parámetros físicos del objeto vibrante. Como los instrumentos de viento actúan como cajas de resonancia (al igual que la conectada al diapasón del experimento), cuando el tubo del instrumento es más largo, la frecuencia de resonancia es menor y el sonido más grave, y viceversa. Esto está relacionado con el tono de voz de mujeres y hombres, que suele ser más agudo en las primeras, y que estaría causado con el tamaño de la cavidad de las cuerdas vocales. El siguiente vídeo explica de una forma más detallada lo explicado anteriormente.
Llevando esto al campo de la biología me parece muy interesante este método de medicina que se basa en las ondas como un diapasón. Su fundamento es que cada virus y bacteria tiene una masa diferente. El simple hecho de poder pesarlos nos permitiría identificarlos y distinguirlos y, con ello, detectar de forma altamente precoz las enfermedades que provocan. Los recientes avances en nanotecnología han permitido la creación de unos nuevos dispositivos, los sensores nanomecánicos, que actúan como básculas a escala nanométrica, permitiendo detectar estos objetos con una precisión mucho mayor que los métodos convencionales de diagnóstico de estas enfermedades. La detección de estas partículas mediante sensores nanomecánicos se obtiene estudiando los cambios en su vibración. Estos sensores vibran igual que las cuerdas de una guitarra: cuando pulsamos una cuerda de una guitarra, esta vibrará y las ondas se transmitirán por el aire, lo que percibiremos como sonido. Además, si unimos un objeto a la cuerda, esta pesará más y, en consecuencia, su movimiento será más lento, lo que dará lugar a un sonido más grave. Esta diferencia en el tono del sonido se puede relacionar directamente con la masa del objeto unido. De la misma manera, los sensores nanomecánicos vibrarán más lentamente cuando se une a ellos una partícula (virus o bacteria). Esto se comprueba fácilmente adhiriendo un pequeño imán a un diapasón. Sin embargo, en estos sensores las vibraciones no son perceptibles por el oído y se necesitan métodos ópticos muy avanzados (similares a los utilizados en la detección de ondas gravitacionales, pero a escala nanométrica) para detectar estos cambios en la vibración del sensor.
El diapasón es una pieza metálica, inventada por el británico John Shore en el siglo XVIII, que tiene forma de horquilla. La vibración del diapasón genera un sonido que se toma como referencia a la hora de afinar un instrumento, tanto uno fabricado por el ser humano como la voz. Como curiosidad
comentar que es tan importante en la música, que la empresa de instrumentos musicales Yamaha (también fabricante de motores, motocicletas, etc) tiene al diapasón como símbolo comercial de su marca. A pesar de ser inventado en 1711, se tardo en torno a 100 años para aplicarlo en medicina humana. G. Cardano, físico, matemático y astrologísta
en Pavia, Italia, en 1550 describió que el sonido puede ser percibido a través del cráneo al experimentar con un reloj colocado sobre la frente o entre los dientes. Años después, se describió que este método podía ser usado para diferenciar entre enfermedades del oído medio o del nervio auditivo. Schmalz, otólogo en Alemania, introdujo en 1845 el diapasón para realizar esta prueba después llamada de “prueba de Weber” y realizó una amplia explicación del diagnóstico.
Realizando un poco de investigación, he tratado de averiguar qué usos se le podía dar a un diapasón en el aula, y sorprendentemente me he encontrado con esta web divulgativa en donde hacen una lista de 10 mini experimentos para realizar en el aula con un diapasón (tuning fork). Algunos de los experimentos me han resultado muy interesantes y sorprendentes!
El diapasón es un instrumento sencillo y práctico a la hora de explicar la transmisión de ondas. Se pueden realizar experimentos visuales y sonoros que capten la atención del alumnado.
Este vídeo explica muy bien el concepto de diapasón. Se han numerado también diversas aplicaciones en el campo de la medicina. Buscando un poco más de información, encontré que el diapasón se está utilizando como nuevo método en la medicina china. La sonopuntura (variante de la acupuntura), aplica diapasones en lugar de agujas sobre puntos de acupuntura, de manera que dicho punto vibra o resuena hasta recuperar su sonido natural, reestableciendo el correcto funcionamiento de los órganos relacionados con dicho punto. Siempre me cuestiono cómo son de efectivas estas terapias, pero es como poco curioso.
Muy útil el segundo vídeo de “visualización”. Estamos acostumbrados a entender mejor aquello que podemos ver, así que es una genial forma de poder “ver” las ondas sonoras. El diapasón es un instrumento sencillo y de bajo coste que resulta un buen recurso en el ámbito educativo. Además de permitirnos ofrecer una explicación más completa sobre la energía sonora también es interesante mostrarle al alumnado sus utilidades más prácticas, como en la propia publicación se comenta, para afinar instrumentos. Otro ámbito en el que puede ser útil es en la medicina para hacer audiometrías no invasivas.
Existen distintas formas de demostrar de manera visual que el sonido se produce por la propagación de ondas mecánicas a través de un fluido generando movimiento vibratorio. Una manera simple de ver el movimiento vibratorio en unos altavoces es poniendo encima bolitas de corcho o poliespan, o bien observando la vibración en el movimiento de pompas de jabón. En los instrumentos, como el tambor, el triángulo, el xilófono… también es posible percibir esa vibración. Un sencillo experimento pero que lo demuestra de manera muy visual es utilizando 2 copas de cristal. Se colocan las copas próximas, en una de ellas se añade agua y la otra se cubre con un papel o film transparente sobre el que se pone un poco de arena, orégano, azúcar o similares. Con el dedo húmedo, se frota el borde de la copa con agua emitiendo un sonido con una frecuencia determinada y, por tanto, con un tono definido, dependiendo de la cantidad de agua. Curiosamente se observa que en la otra copa los granos de arena o de la sustancia que se haya puesto encima del papel o film vibran formando diversas formas. La capacidad de oscilación del cristal produce una onda estacionaria cuya frecuencia depende de la copa; de modo que, al frotar repetidamente el borde de la copa, ésta vibra provocando que la segunda copa también lo haga por resonancia.
En esta web “exploresound” dependiente de la ASA (American Acoustic Society) están disponibles un gran número de proyectos cómo la construcción de un altavoz con una caja de zapatos como caja de resonancia y otros materiales fácilmente asequibles para un proyecto de tecnología en secundaria. También incluye demostración de lo observado en el vídeo de este post con 2 diapasones, pero utilizando 2 copas de agua, incluyendo también la “visualización” de la onda mecánica del sonido por el movimiento de una pequeña esquirla sobre el segundo vaso. Además un espectacular video de una pieza musical completa con unos cuantas copas de cristal. Un recurso muy recomendable y entretenido para explorar la acústica.
Las ondas sonoras necesitan de un medio material elástico (sólido, liquido o gaseoso) para propagarse. Un ejemplo muy básico y clásico en la infancia es 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.
Es muy práctico utilizar elementos sonoros y materiales para visualizar el funcionamiento de las ondas mecánicas. Esto nos ayudará a definir sus parámetros y posteriormente asimilar los principios que rigen las ondas electromagnéticas y gravitacionales de una forma más sencilla.
El sonido, un fenómeno interesante y que necesita una correcta explicación. Os paso el enlace de uno de los programas de Orbita Laika en la que hablan de la Ciencia del sonido. Este tipo de programas son interesantes y suelen hacer experimentos sencilos y muy visuales.
Ejemplo muy didáctico, me encanta el uso que se le puede dar a los diapasones.
Además de trabajar en el aula los aspectos más complejos relacionados con las ondas sonoras, como por ejemplo la frecuencia del sonido o la resonancia, creo que sería interesante comenzar por explicar y determinar experimentalmente la velocidad del sonido. Para ello, teniendo en cuenta que prácticamente todo el alumnado tendrá un teléfono móvil, se puede utilizar alguna aplicación gratuita como Phyphox, que utiliza los sensores integrados del móvil (como acelerómetros, micrófono, etc.) y permite realizar multitud de experimentos de física. En concreto, para medir la velocidad del sonido, en este enlace se encuentra un documento a modo de guion de práctica simple y un vídeo que explica la experiencia, para la cual solo se necesitan dos móviles, una cinta métrica.
Este experimento serviría para una actividad transversal entre las asignaturas de Física y Música, por ejemplo. Permite comprender mejor la construcción de los instrumentos musicales y sus cajas de resonancia.
Siguiendo mi tendencia a aplicar los principios físicos a ejemplos prácticos y presentes en el día a día, me gustaría hablar acerca de la resonancia o frecuencia característica que todos los objetos tienen, dependiendo de factores como su elasticidad, dimensiones o masa. Este principio aplica a todo tipo de objetos, incluyendo grandes estructuras como edificios o puentes. Cuando aplicamos al objeto una fuerza que oscila a la frecuencia propia del mismo, logramos que el objeto entre en resonancia y las fuerzas se magnifiquen. Este efecto ha llegado a producir el colapso de varios puentes a lo largo de la historia.
Amplificar el sonido de los diapasones con cajas de resonancia me parece una buena manera de explicar la propagación del sonido. Si esto lo extrapolamos a otros instrumentos musicales como el piano, la guitarra o los timbales, podemos observar como no solo tienen un timbre distinto, si no también una intensidad distinta de sonido; combinando las distintas formas y tamaños de cajas de resonancia, los diferentes materiales y los variados sistemas de accionamiento de las ondas (teclado con martillos que golpean cuerdas, punteo de cuerdas tensadas o golpes de baqueta en una membrana, respectivamente). Con esto quiero decir que el efecto de la onda sobre la caja de resonancia será distinto en función de su material, su forma y el elemento que inicie la propagación. Hablando de resonancia es importante destacar no solo el elemento que propaga el sonido si no también el medio y el espacio en el que se encuentra. Por ejemplo escuchar un concierto de música al aire libre y la propagación de las ondas en este ambiente, no es lo mismo que si escuchamos un concierto de música en un teatro, por ello quiero adjuntar este podcast que me resulta muy interesante sobre la resonancia.
En esta misma línea, el puente de Tacoma Narrows (EEUU) sufrió en el año 1940 un dramático colapso estructural como consecuencia de un esfuerzo cíclico provocado por el flujo de aire alrededor del puente. De hecho, hay vídeos en los que se puede ver deformándose y retorciéndose durante una hora como si estuviese hecho de goma elástica. En su momento fue el tercer puente más grande del mundo, aunque tan solo duró 4 meses y 6 días antes de derrumbarse.
En el siguiente enlace se muestra un experimento conocido como la placa de Chladni. Muestra como las ondas sonoras de un altavoz forman figuras con la arena que hay sobre el mismo.
La energía sonora es un fenómeno físico que tiene una gran variedad de aplicaciones en la vida diaria y en la industria.
En la medicina, el sonido se utiliza para hacer ecografías y para tratar afecciones como la artritis.
En la industria, el sonido se utiliza para detectar defectos en materiales y para medir la velocidad y la distancia.
En la comunicación, el sonido se utiliza para transmitir información a través de teléfonos, radios y altavoces.
En la música, el sonido se utiliza para crear melodías y ritmos.
En la investigación, se estudia la energía sonora para mejorar la calidad del sonido en dispositivos electrónicos y para desarrollar tecnologías para reducir el ruido ambiental.
En resumen, la energía sonora es un fenómeno importante con aplicaciones en muchos campos, incluyendo la medicina, la industria, la comunicación, la música y la investigación.
Una aplicación muy interesantes de los diapasones sería su uso en el diagnóstico de diferentes patologías auditivas. Las ondas sonoras se transfieren tanto por vía aérea como por vía ósea, lo que permite, a través de distintas pruebas diagnósticas determinar el grado de pérdida auditiva, hipoacúsias…etc
En este experimento podemos ver como el sonido se origina cuando un foco emisor vibra y esta vibración se transmite por un medio material. Un modo muy interesante de hacer con los diapasones, observando como las ondas sonoras se transmiten en el aire y en el agua.
Como melómano que soy, me ha encantado descubrir este proyecto y reflexionar acerca de la importancia que tiene la física en el mundo de la música. Una de las aplicaciones más sencillas de este experimento es la que realizan los directores para afinar sus orquestas. En este caso, es el tímpano del director el que actúa como el segundo de los diapasones.
En este video se pueden ver varios experimentos con diapasones.
Nestes vídeos podemos observar como funciona a transmisión de son e como a amplificación do son depende principalmente das caixas de resonancia que son amplamente empregadas nos instrumentos musicais. No primeiro vídeo vemos como dous diapasóns coa mesma frecuencia 440 Hz sonan igual ao golpealos mentres que ao engadir un elemento de interferencia varía a pulsación e a frecuencia, no segundo vídeo observamos como se transmiten as ondas na auga e como xeran movemento na corda coa pelota amarela que penduraron dun pomo dunha porta.
Hilando con los conceptos de música como el de “caja de resonancia” que se ha comentado aquí, me gustaría señalar que, cuando se produce un sonido en la música, no vibra en una única frecuencia. Al igual que la luz, el sonido está compuesto por ondas de diferentes frecuencias. Esto se debe al fenómeno físico-armónico. Se define como el resultado obtenido de la vibración libre de una cuerda ideal entre dos apoyos rígidos. Esta es la primera explicación científica aportada por el francés Joseph Sauveur (1653-1716). Estableció que cuando una cuerda vibra libremente, lo hace de forma fraccionada en la cual los armónicos superiores originados en dicho sonido son múltiplos enteros de la frecuencia producida sin fraccionar. Por tanto, el fenómeno físico-armónico es un evento que se produce cuando un instrumento musical de cuerda o un tubo sonoro principalmente tocan una nota con altura determinada: genera un sonido complejo debido a las ondas estacionarias que sigue el Teorema de Fourier. Sin entrar en más detalles, señalar que esta es la base de la armonía tonal que se utiliza hoy en día en música, debida a que al tocar un do, por ejemplo, vibran sus armónicos pudiendo darse acordes a la vez. Aquí os dejo una página donde podéis consultar si queréis más información. Viene con vídeos de ejemplo y muy bien explicado todo.
Me parece que este experimento es super interesante pues el diapasón, a pesar de parecer simple, reproduce fenómenos acústicos y físicos. Este experimento añade una capa visual, enseñando cómo las vibraciones pueden comunicarse a través de hilos. En este juego de frecuencias, la armonía emerge cuando dos diapasones comparten la misma sintonía, mientras que la discordancia crea un pulso de sonidos caóticos. Esto se asemeja a un fenómeno de la vida cotidiana como pueden ser las ondas de radio. Otro ejemplo claro es el funcionamiento de los altavoces en nuestros teléfonos móviles, que convierten señales eléctricas en ondas sonoras a través de vibraciones controladas. Además, electrodomésticos como lavadoras y secadoras hacen uso de vibraciones para realizar funciones específicas. Así como las cocinas de inducción generan calor mediante vibraciones en las moléculas de metal en las sartenes. También es relevante en instrumentos de cuerda como guitarras y violines, donde la vibración de las cuerdas produce el sonido. Incluso en el ámbito médico, la tecnología de ultrasonido utiliza ondas sonoras para crear imágenes internas del cuerpo humano. Más allá de la música y la tecnología, la física de las ondas también se encuentra en dispositivos cotidianos como los auriculares con cancelación de ruido, que contrarrestan vibraciones para ofrecer una experiencia auditiva más tranquila. Así, la física de las ondas y las vibraciones, lejos de ser conceptos abstractos, se hace ver como una fuerza constante y aplicada que mejora y facilita nuestra vida cotidiana.
Los diapasones son instrumentos muy útiles para el estudio de las ondas. En la web de Ventus: Ciencia experimental, se pueden encontrar a la venta diversas herramientas para el estudio de las ondas y otros muchos conceptos físicos. Aquí dejo las opciones disponibles para explicar las ondas, entre las que se encuentra el uso de diapasones y un ordenador para poder registrar las ondas sonoras generadas por dos diapasones
Es súper interesante ver cómo las ondas sonoras, aunque invisibles, tienen un gran poder de transformación en el mundo físico.
En el experimento la vibración generada por el sonido se transmite a un medio visible, es una manera de “ver” el sonido en acción, de entender cómo las frecuencias pueden moldear la materia a través de un medio físico. Me gustaría compartir una obra arquitectónica, casi escultural, ideada por Nikola Bašić: el Órgano Marino de Zadar ya que, además de considerarlo una obra maestra, funciona con un principio similar, aunque a una escala más monumental y usando el agua del mar como la fuente de energía. Al igual que las ondas sonoras en el experimento, las olas del mar empujan el aire a través de los tubos del órgano, generando sonidos que dependen de la intensidad y el ritmo de las olas. Aquí, las ondas sonoras no se muestran como patrones visuales, sino que crean una experiencia acústica en el entorno: el sonido de cada ola se convierte en una melodía cambiante. Este instrumento natural y arquitectónico permite experimentar la interacción entre naturaleza, sonido y espacio público en un entorno sensorial y envolvente. Existen formas artísticas que evidencian fundamentos físicos de forma realmente bella. En este caso cómo la energía sonora puede manifestarse en formas únicas, tanto visuales como auditivas, y de cómo el sonido tiene el poder de esculpir tanto el espacio físico como el entorno emocional de quienes lo experimentan.
Veo que se han compartido una gran variedad de experimentos interesantes sobre las ondas sonoras. El tema de las copas, me parece especialmente interesante para los alumnos, ya que seguramente todos tengan en sus casas alguna copa para experimentar. Os comparto el siguiente vídeo que incluye una breve introducción de historia de la música y la explicación de porqué suenan así las copas al vibrar.