Tubo De Rubens

RESUMEN

En el presente trabajo presentamos el Diseño de una Unidad Didáctica sobre Sonido (tema abordado en Primer año de Enseñanza Media), usando la Metodología ECBI (Enseñanza de las Ciencias Basada en Indagación) e Instrumento Musicales como recurso didáctico. Esto, motivado por la idea que gran parte de los jóvenes no manifiesta demasiado interés por la Física; en cambio si por la música sí, por lo cual buscamos la manera de construir algunas guías de aprendizaje y guías de apoyo al docente, que permitan a estudiantes y maestros, aprender y enseñar algunos conceptos físicos relacionados con la unidad de Sonido, y que además sean motivadoras para los alumnos.

PALABRAS CLAVE: SONIDO, INSTRUMENTOS MUSICALES, ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS BASADO EN LA INDAGACIÓN (ECBI).

ABSTRACT

This paper, we present the Design of a Teaching Unit on Sound (topic addressed in First year of High School), using the TSIB Methodology (Teaching Science Inquiry Based) and Musical Instruments as teaching resource. This, motivated by the idea that most young people do not manifest much interest in physics; instead, the music itself. Therefore, we seek to rig up some learning guides, teacher support, to enable students and teachers to learn and teach some physical concepts of sound, and that are motivating for students.

KEY WORDS: SOUND, MUSICAL INSTRUMENTS, TEACHING OF SCIENCE INQUIRY BASED (TSIB).

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN

Día a día podemos ver lo difícil que resulta para los jóvenes adolescentes interesarse por las ciencias, ya que lo ven como algo difícil y lejano, visto desde su experiencia. Es por esto que nuestra propuesta didáctica busca acercar la física a los estudiantes de primero medio, vinculando su interés por la música, los instrumentos musicales, y la Física del sonido. Contenido que corresponde a la primera unidad del programa de estudio de primero de enseñanza media.

Buscamos que las actividades propuestas desarrollen tanto las actitudes de los estudiantes hacia la ciencia, como el desarrollo de habilidades de pensamiento científico, utilizando la metodología ECBI. Creemos que la unidad didáctica que presentamos repercutirá en un aumento en el interés de los jóvenes por aprender física, y ayudará a docentes de física a desarrollar sus clases en distintos contextos. Las Bases Curriculares establecen el uso de Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) que, se sabe despierta interés de los alumnos. La díada música-tecnología, en conjunto con las condiciones pedagógicas adecuadas, permitirá logros de resultados de aprendizaje en los alumnos.

1.1. Antecedentes

Con respecto a la investigación, en cuanto a la relación existente entre la física y el arte de la música; podemos encontrar que desde tiempos antiguos se ha estudiado dicho nexo, como nos cuenta Carrillo (2010): “... fueron los griegos, especialmente los pitagóricos quienes comenzaron a hacer física musical, al estudiar las longitudes de las cuerdas musicales y con ello, las relaciones numéricas que hacían agradable al oído notas correspondientes tocadas simultáneamente; ahí nace el trinomio: Música, Física y Matemáticas…. ” (Carrillo, 2010).

A través de la historia se ha continuado investigando en esta área; por ejemplo, al célebre físico Simón Ohm quien emitió por primera vez en 1843 la hipótesis de la naturaleza compleja de los timbres, apoyado del trabajo del reconocido matemático francés Jean-Baptiste Joseph Fourier, quien aportó con su expresión matemática de la teoría de los armónicos en 1822, la cual fue verificada experimentalmente por Hermann von Helmholtz

en 1871.

Anteriormente, durante el siglo XV el matemático, musicólogo y compositor español, Bartolomé Ramos de Pareja, encuentra una solución matemática para poder tocar cualquier pieza musical con teclado, por cualquier nota de la escala, a través de la escala temperada, que es la escala musical que se usa en la actualidad para afinar; hazaña que no se podía hacer mediante la escala de los pitagóricos. Joan Sebastián Bach fue quien aplicó el concepto de temperado para poder afinar sus órganos bajo el principio de Ramos, que decía: “para subir desde un tono cualquiera a un semitono inmediatamente superior, se debía multiplicar la frecuencia de dicho tono por la raíz doceava de 2. Así para obtener el LA# (La sostenido) a partir del LA de 440 Hertz, hay que multiplicar 440 por 1.05946 que nos da 466, que es el LA#, y así sucesivamente hasta completar todas las notas de la escala.” (Carrillo, 2010).

Como vemos, el interés por conocer la Física presente en la música, es abundante desde tiempos antiguos, y en estos días continúa siéndolo.

Así, por ejemplo: tenemos el caso del curso para alumnos de Magisterio en Educación Musical en la Universidad de Alcalá de Henares Campanario (2001) donde se presenta un programa de estudio, donde se mencionan los contenidos, metodología y algunas reseñas breves de actividades a realizar durante dicho curso teórico-práctico, como por ejemplo: observación y análisis de batidos (pulsaciones): Se pueden observar “batidos” haciendo vibrar dos diapasones iguales pegando a uno de ellos un trozo de cinta celo (cambia su frecuencia de vibración). También se pueden escuchar “batidos” haciendo vibrar un monocordio y un diapasón. Los “batidos” son la base de los métodos tradicionales de afinado de instrumentos como el piano.

Ondas estacionarias en cuerdas: Mediante un oscilador y un generador de frecuencias se pueden generar ondas estacionarias en una cuerda con los dos extremos fijos. Se comprueba que sólo se producen ondas estacionarias para determinados valores de frecuencia, lo que da lugar a la serie armónica. Se estudia el fundamento físico de los instrumentos de cuerda.

Experiencias con el Tubo de Rubens: El Tubo de Rubens, es un dispositivo mediante el cual es posible “modelizar al sonido como un producto de variaciones de presión que se transmiten en un medio material y poner en evidencia las perturbaciones mecánicas del espacio durante la manifestación de distintos sonidos.” (Prandi & Wurm, 2012); esto se logra básicamente, a través de las llamas que salen por los orificios del tubo (los cuales están dispuestos de manera similar a una flauta), el cual se encuentra conectado por un extremo, a un suministro de gas, y por el otro lado, a una membrana elástica, la cual se encuentra muy próxima a un generador de frecuencias, lo cual transmiten las frecuencias al interior del tubo (ver Imagen N°1).

Imagen N°1: Esquema de Tubo de Rubens (Prandi & Wurm, 2012, p.82)

Gracias a este equipo se pueden realizar algunas experiencias que resultan bastante interesantes de estudiar, las cuales se relacionan con el tópico de ondas. En Prandi & Wurm, (2012); encontramos en detalle, tanto los materiales que se utilizan para su construcción, como las instrucciones y precauciones que se deben considerar para obtener un buen resultado, y además se recomiendan en dicho escrito, algunas actividades didácticas, las cuales damos a conocer a continuación:

1) Pruebas con tonos constantes y determinación de la velocidad del sonido en el gas: En esta actividad se busca determinar la velocidad del sonido en el gas, lo cual se logra generando una frecuencia determinada lo cual se puede lograr con ayuda del software de libre acceso Audacity, el cual se puede obtener desde el sitio web http://audacity.sourceforge.net/ ; dicho sonido puede descargarse mediante la opción exportar en formato wav y luego se puede reproducir desde cualquier reproductor digital, inclusive desde celulares. Ya que conoceremos la frecuencia; sólo debemos medir la distancia entre dos nodos para obtener la mitad de una longitud de onda, y así tendremos luego la longitud de onda y posteriormente la velocidad de propagación en el gas. Finalmente se podría comparar el valor obtenido con el de una tabla para contrastar.

Imagen N°. 2: “Equipo funcionando con un tono de frecuencia constante” (Prandi & Wurm, 2012, p.85)

2) Frecuencia de resonancia y modos normales:

El Objetivo de esta actividad es observar el fenómeno de resonancia, para ello, debemos considerar que todo objeto hecho de un material elástico, cuando es perturbado vibra con sus frecuencias naturales propias, pero también puede hacerlo a partir de una perturbación externa, a lo cual se le llama “vibración forzada” o “resonancia”. Lo mismo sucede dentro del tubo, gracias al gas que vibra por efecto de las vibraciones del parlante, “aquí la frecuencia de las oscilaciones producidas en él vienen dadas en parte por la fuerza externa y no tan solo por la frecuencia natural del tubo. La respuesta del sistema dependerá de la relación entre la frecuencia externa aplicada y la natural de dicho sistema. Si se elige una frecuencia para el tono enviado a través del parlante que coincida

con uno de los modos normales del tubo, las amplitudes de la onda estacionaria resultante serán mayores, ya que el tubo entrará en resonancia, y por lo tanto se producirán llamas superiores que para otras frecuencias, para una misma intensidad de sonido. Se considera al Tubo de Rubens como un tubo semiabierto, ya que el extremo por donde ingresa el gas se comporta como un extremo cerrado mientras que el extremo con

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