LENGIAJE

Introducción.

La música o mejor dicho el sonido cuando viaja a través del aire genera diferencias de presión. Gracias a este fenómeno podemos oír. Dependiendo del tipo de nota que se esté tocando en el momento, el tubo de Rubens grafica este fenómeno físico haciendo pasar los sonidos a través de un tubo del cual sale fuego gracias al gas propano. Literalmente el fuego baila al ritmo de la música, haciendo este fenómeno útil para aplicarlo en eventos de espectáculos.

Objetivo.

Demostrar como el sonido cuando viaja a través del aire genera diferencias de presión las cuales perturban a las moléculas de gas que están a su alrededor, haciéndolas oscilar con la misma.

Planteamiento del problema.

¿Cómo lograr que la presión causada por el sonido oscile al ritmo de las moléculas del gas llevando a cabo el proceso necesario utilizando de forma apropiada todos los materiales?

Hipotesis.

El sonido es una perturbación que hacemos a un determinado medio físico (como aire, agua, metal, etc.) de tal modo que lo que producimos en él es una onda mecánica de naturaleza longitudinal. En el caso del aire son las partículas que lo componen las que vibran, y la frecuencia y amplitud de esta vibración dependerán de la fuente sonora que las esta produciendo. Así por ejemplo cuando tocamos la cuerda de una guitarra, ésta comienza a vibrar y es esa vibración la que perturba el medio que lo rodea (aire en este caso). Entonces la cuerda vibrante perturba a las moléculas de gas que están a su alrededor, haciéndolas oscilar con la misma. En otras palabras, lo que hace la cuerda es modificar la densidad del aire, lo hace oscilar, y esta perturbación se transmite como una onda longitudinal por todo su rededor, provocando que la concentración de partículas gaseosas varíe en el tiempo mientras pasa por ahí la onda sonora.

Experimentacion.

Cuando comienza a salir sonido por el parlante, lo que esta ocurriendo es que es el parlante mismo el que esta vibrando, transmitiendo así esa perturbación a través del aire, hasta que ésta llega a la membrana de látex que se encuentra en uno de los extremos del tubo. Así la oscilación del parlante que es transmitida al aire y luego a la membrana de látex, siendo esta última, a raíz de su vibración, la que transmite la oscilación al gas del tubo, dicha perturbación genera diferencias de presión al interior del tubo. En efecto, habrá zonas donde haya mayor concentración de partículas de gas, lo que se traduce en mayor presión del gas en ese sector; asimismo habrá zonas con menor concentración de partículas de gas haciendo que en esos lugares la presión del gas sea menor. El que haya diferencias de presión al interior del tubo genera que el gas saldrá con mayor densidad por aquellos orificios en donde la presión sea alta, y al contrario en sectores donde la presión sea baja. De este modo, las llamas de fuego son más grandes en los sectores del tubo donde hay mayor presión de gas.

El experimento entonces consiste en enviar una onda sonora sinusoidal con una frecuencia constante, es decir, un tono dado. Una vez la onda perturba la membrana, esta a su vez altera el gas de tal modo que lo hace oscilar estacionariamente. Esto ocurre porque una vez que la membrana envía ondas longitudinales usando el gas del tubo como medio, estas se reflejan cuando llegan al otro extremo rígido del tubo, como la frecuencia, longitud y amplitud de la onda es constante, se produce una interferencia al interior del tubo entre las ondas salientes (de la membrana de látex) y las reflejadas (del extremo rígido), produciéndose así puntos donde la interferencia es destructiva (nodos) y puntos donde la interferencia es constructiva (antinodos). En estos últimos puntos es donde la amplitud de la onda es más grande y eso se evidencia claramente en el fuego. Entonces, lo que observaremos en el experimento es que a medida que cambiamos la frecuencia de la señal que enviamos por el parlante, cambiará también la longitud de las ondas estacionarias que se forman en el interior del tubo. Así, a medida que más incrementamos la frecuencia de la señal, mas "cerritos" de fuego vamos a ver en el tubo, es decir, mientras más grande es la frecuencia más pequeña es su longitud de onda. En resumen, lo que está ocurriendo mientras el gas se comporta estacionariamente es que habrá sectores, claramente definidos, donde la concentración de partículas será mayor, por tanto la presión lo será y así también la amplitud de la llama. En efecto, si todo sale bien, observaremos el comportamiento sinusoidal de la onda emitida por el parlante, pero ilustrada en el fuego.

Analisis de datos.

Materiales:

* Tanque de gas propano.

* Válvula con manguera de ¾.

* Abrazadera de metal.

* Tapón hembra galvanizado.

* Tubo de 1 ½ metro y 1 ¼ pulgadas de diámetro.

* Embudo.

* Parlantes.

Generalidades.

En un exterior del tubo, la válvula del gas va adherida al tanque y estos conectadas al tubo por medio de la abrazadera. En el otro extremo se pega el embudo y se le adhiere el parlante no permitiendo que haya fuga de gas. Para finalizar hay que encender el fuego y se pone la melodía o música para lograr ver la oscilación de las ondas transversales.

El principio de funcionamiento se basa en los distintos nodos de vibración que producen sobre el fuego las frecuencias de sonido. Las llamas se producen por la combustión del gas que sale de las perforaciones del tubo. A dicho tubo se le hace vibrar como si fuera un altavoz a causa del parlante con la música que trae conectado.

Tema.

Ondas transversales.

Una onda transversal es una onda en movimiento que se caracteriza porque sus oscilaciones ocurren perpendiculares ala dirección depropagación. Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z.

Observacion.

El tubo de Rubens es un aparato que ilustra las variaciones de presión de aire que ejerce el sonido en el mismo de manera semejante a un osciloscopio. En dicho aparato pueden apreciarse la relación entre la longitud de onda, la frecuencia, y la velocidad de la onda.

Un tramo de tubería está perforada en la parte superior y se sella en ambos extremos - un sello se adjunta a un pequeño altavoz o un generador de frecuencia, el otro a un suministro de un gas inflamable (tanque de propano). El tubo se llena con el gas, y el escape de gas de las perforaciones se enciende. Si una frecuencia constante adecuada se utiliza una onda estacionaria se puede formar en el tubo. Cuando el altavoz está encendido, la onda estacionaria creará puntos con oscilación de presión (superior e inferior) y puntos con presión constante (nodos de presión) a lo largo del tubo. Cuando la presión es oscilante debido a las ondas de sonido, menos gas se escapará de las perforaciones en el tubo, y las llamas serán más bajos en esos puntos. En los nodos de presión, las llamas son más altas. Al final de la velocidad del tubo molécula de gas es cero y la presión oscilante es máxima, por lo tanto bajo las llamas se observan. Es posible determinar la longitud de onda de los mínimos y máximos de llama con sólo medir con una regla.

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