VISOR DE ONDAS
INTRODUCCION.
En este anteproyecto nosotros mostraremos una pequea manera de
cmo nuestro proyecto de visor de ondas lo presentaremos al final de
semestre ya que queremos ver la forma de cmo realizaremos paso a
paso este proyecto mostrando as un proceso de manufactura, tal como
es el nombre de la materia.El visor de ondas es un aparato que
ilustra las variaciones de presin de aire que ejerce el sonido en
el mismo de manera semejante a un osciloscopio. En dicho aparato
pueden apreciarse la relacin entre la longitud de onda, la
frecuencia, y la velocidad de la onda. Hay que tener en cuenta que
la velocidad del sonido es ms elevada en gases ms ligeros, hecho
por el cual se utiliza propano.
JUSTIFICACION.
JOHN LE CONTE en 1858 descubri que las llamas eran sensibles al
sonido. En 1862 RUDOLPH KOENIG demostr que la altura de una llama
podra verse afectada por la transmisin de sonido en el suministro
de gas, y el cambio con el tiempo podra ser mostrado con rotacin de
espejos. KUNDT, en 1866, demostr con una acstica, ondas poniendo
semillas de LYCOPODIUM o polvo de corcho en un tubo. Cuando el
sonido se present en el tubo, el material del interior alineado en
nodos antinodos y en consonancia con la oscilacin de la ola,
crearon una ola de pie. Ms tarde, en ese mismo siglo, demostraron
que las pequeas llamas podran utilizarse como indicadores de
presin. Por ltimo, en 1904, usando estos dos importantes
descubrimientos, HEINRICH RUBENS utiliz un tubo de 4 metros de
largo perforado con 200 pequeos agujeros en l, con intervalos de 2
centmetros, completndolo con un gas inflamable (Propano). Despus de
encender el gas, seal que un sonido producido en un extremo del
tubo puede crear una ola de Pie, lo que equivale a la longitud de
onda del sonido que se est realizando. El gas tiene zonas en que la
onda es ms larga ya que recibe presin de la onda y otras zonas
donde la onda no presiona y apenas se ve la llama. Estas llamas nos
dibujan la longitud y la frecuencia de la onda.
OBJETIVOS.El Visor de ondas es un aparato que nos muestra estas
variaciones de presin en forma de onda transversal, visualizndolas
a travs del gas propano. El gas tiene zonas en que la onda es ms
larga ya que recibe presin de la onda y otras zonas donde la onda
no presiona y apenas se ve la llama. Estas llamas nos dibujan la
longitud y la frecuencia de la onda.
OBJETIVOS GENERALES.
Mostrar variaciones de presin en forma de onda transversal.
Visualizar las ondas transversales a travs del gas propano.
Observar como las ondas varan mediante las presiones
ejercidas.
Demostrar la longitud y la frecuencia de la onda mediante las
llamas.
VISOR DE ONDAS.
QUE ES EL VISOR DE ONDAS?
Como su nombre lo dice, el visor de ondas no es ms que una
visualizacin de las ondas mediante las llamas del fuego, para
demostrar acsticasondas estacionariasen un tubo. Se muestra
grficamente la relacin entrelas ondas sonorasyde presin de sonido,
como un primitivoosciloscopio.En pocas palabras podemos deducir que
el visor de ondas Se trata de un tubo de PVC que se pone cerca de
unos altavoces, se le prende fuego y cuando suena la msica veremos
cmo las llamas nos muestran lasfrecuenciasdel sonido producido, y
as demostrando ciertos principios de la fsica como es la
acsticasondas estacionarias entre otras leyes importantes.
MATERIALES Y PROCEDIMIENTO.
Para la construccin del equipo, se necesitan los siguientes
materiales mnimos: Tubo de metal: de 40 mm a 50 mm de dimetro y
1,50 m a 1,80 m de longitud. Membrana elstica (globo o piata).
Mecha de acero de 1 mm. Abrazadera. Junta aislante (junta de motor,
etc.) Adhesivo para juntas de motor. Tapa metlica. Manguera
especial para gas con regulador Espiga para la entrada del gas
Garrafa de 3 kg o 10 kg. Pintura apta para resistir altas
temperaturas (opcional) Altavoz con amplificador. PC. y software
generador de tonos, o reproductor de mp3.
Se aclara que no es imperativo contar con un tubo de las
dimensiones que aqu se exponen, pudiendo variar en su dimetro o
longitud, aunque no se recomiendan longitudes menores, pues en ese
caso no se favorecera la formacin de varios nodos y antinodos en
las ondulaciones formadas a frecuencias bajas. Incluso puede
tratarse de un cao estructural de seccin cuadrada u otra; no
necesariamente debe ser un cilindro.Una vez que se cuenta con los
materiales, en primer lugar se debe verificar que el tubo no posea
perforaciones o picaduras debidas al oxido o a golpes. Si tales
agujeros existieren se debern cerrar completamente mediante
soldadura o adhesivo que tolere aumentos de temperatura.Una vez
verificado y limpio el tubo, se le suelda un tapn metlico en uno de
los extremos, en el cual a su vez previamente se ha practicado un
orificio y se ha soldado una espiga para la conexin de una manguera
de gas, tal como muestra la Figura 1. Aqu el trabajo de soldadura
debe ser tal que las uniones queden perfectas e impidan as
cualquier fuga de gas. Puede ser necesario en este punto recurrir a
un soldador de experiencia que realice un trabajo de
calidad.Debemos cerciorarnos cuidadosamente de que no exista
ninguna fuga de gas del tubo. Una manera de comprobarlo es tapar la
espiga con un tapn y llenarlo de agua, para controlar as que no
exista ninguna prdida.VISOR DE ONDAS
PROCESOS DE MANUFACTURA.Pgina 2
Figura 1: Fotografa del extremo del tubo por donde ingresar el
gas.
En el siguiente paso, se proceder a marcar el tubo para efectuar
las perforaciones a lo largo del mismo. Se har una lnea
longitudinal, en la cual se marcarn los puntos donde luego se
practicarn los agujeros con la perforadora. Estos puntos estarn
distanciados unos de otros una distancia no mayor a 10 milmetros y
no menor a 5 milmetros. Para lograr una mayor exactitud es preciso
marcar con un punto centro los lugares a perforar. Se insiste aqu
en la importancia de mantener equidistantes los agujeros;
imperfecciones en este trabajo alterarn el resultado final.Si bien
para efectuar las perforaciones en el tubo, para la salida del gas,
puede emplearse un taladro comn, es mejor utilizar una perforadora
de banco, ya que es muy importante que las perforaciones sean
paralelas, y estn bien alineadas, para que luego las llamas sean
idnticas y no distorsionen lo que se pretende mostrar.Se procede
luego a perforar cuidadosamente para no romper la mecha partiendo
desde el medio hacia los extremos, de manera que en su conjunto las
perforaciones queden centradas en el tubo. No se debe llegar con
los agujeros hasta los extremos; dejando aproximadamente 25 a 30
centmetros en ambos extremos de tubo sin perforar.Luego se pintar
el tubo (opcional) utilizando una pintura para altas temperaturas
(puede utilizarse aqu pintura para caos de escape, para
salamandras, etc.), teniendo especial cuidado de no obstruir con
ella ninguno de los agujeros antes practicados. Para ello se deber
taparlos previamente con cinta de pintor, que se retirar luego de
la aplicacin de las capas de pintura.En el extremo opuesto al que
tiene el ingreso del gas, el extremo abierto, deber colocarse el
globo o piata, como se muestra en la Figura 2, que actuar como
membrana oscilatoria y transmitir las vibraciones al interior del
tubo.Existe el riesgo de que, durante el funcionamiento, el tubo
metlico se caliente al punto de daar el globo, resultando esto en
un posterior escape de gas y el consiguiente peligro que esto
acarreara.
Figura 2: Fotografa del extremo delTuvo obturado con membrana
plstica
Para que ello no suceda, se debe pegar con el adhesivo una tira
de junta aislante en torno al extremo abierto, de manera que el
globo no entre en contacto directo con el tubo. Tanto el adhesivo
como el trozo de junta pueden conseguirse el cualquier taller
mecnico. Bastar una tira de junta de tapa de cilindros, o junta de
crter, etc.; teniendo cuidado de no elegir una muy fina.
Luego se fijar el globo a este extremo mediante la abrazadera,
por sobre la junta. No debe haber partes del globo en contacto con
el metal.El lugar donde se pondr en funcionamiento el dispositivo
debe estar libre de corrientes de aire, por lo que es importante
cerrar las ventanas o puertas cercanas. Tambin debe tratarse de una
habitacin con poca iluminacin, en aras de una mejor visualizacin
del comportamiento de las llamas. Se tendr especial cuidado de
alejar del lugar cualquier material infla- mable, potencialmente
peligroso. Siempre es bueno, antes de comenzar, repasar mentalmente
el procedimiento a seguir, lo que se espera que suceda y lo que
puede llegar a suceder; y prever los pasos a seguir en caso de una
contingencia. Para poner en funcionamiento el equipo, se encender
primeramente la PC, y se enviarn tonos de prueba al altavoz. Luego
de esto, se encender el tubo.Se abrir muy lentamente la garrafa
(teniendo en cuenta que el gas en su interior se encuentra a alta
presin y que muy poca apertura es suficiente para lograr el efecto
deseado), y se encender el gas que escapa por los orificios del
tubo.
Luego, una vez que se encendieron todas las perforaciones y las
llamas han alcanzado una altura uniforme, se emitirn sonidos desde
el altavoz a travs del programa generador de tonos. Manipulando la
llave de salida de la garrafa y el volumen del reproductor, se
regular el tamao de las llamas a una altura que permita apreciar la
forma de la onda deseada.Habiendo concluido estos pasos, se
proceder a la colocacin del tubo en posicin horizontal, ya sea
sobre una mesa o soporte (tener en cuenta que el metal se calentar
por efecto de las llamas). Frente al extremo que tiene el globo, se
colocar el altavoz conectado a la PC. Se puede utilizar aqu un
parlante pequeo de PC que ya incluya un amplificador de sonido. A
continuacin se muestra, en la Figura 3, un esquema del equipo
completo.El altavoz deber estar muy prximo al globo, si es posible
estableciendo un ligero en contacto con l. El otro extremo se
conectar entonces al suministro de gas. Es recomendable que el
parlante tenga un dimetro similar al del tubo, pueden utilizarse
parlantes de PC ya que estos incluyen una etapa amplificadora de
sonido.
Figura 3: Esquema del Visor de Ondas.
METODOLOGIA.
Antes de poner en funcionamiento el equipo, motivaremos a los
miembros del equipo, y compaeros de clases que apliquen la teora
abordada sobre sonido, ondas sonoras y ondas estacionarias para
predecir el comportamiento de las llamas cuando se aplique un tono
a frecuencia constante en el extremo flexible de equipo. Algunas
preguntas disparadoras pueden ser las siguientes: Qu suceder con
las llamas cuando el parlante emita un sonido? Cmo se comporta el
extremo que posee la membrana elstica, cmo se comporta el extremo
opuesto? Qu sucede con el gas dentro del Tubo? Qu ocurrir cuando
cambiemos la frecuencia del sonido?
Las respuestas a estas preguntas pueden ser contrastadas con una
prueba emprica enviando al parlante un tono de frecuencia.
Constante.La onda estacionaria dentro del tubo crear puntos donde
las oscilaciones de presin sern mximas (antinodos de pre presin) y
puntos donde las oscilaciones sern nulas (nodos de presin).
En las regiones donde haya oscilaciones de presin debido a la
onda estacionaria, ms gas se escapar de las perforaciones en el
tubo, y las llamas sern ms altas en esos puntos. En los nodos de
presin las llamas se vern menores.Esto se traduce en un patrn de
llamas de diferentes alturas que describe l contorno de la onda
estacionaria existente dentro del tubo. Las variaciones en el
tiempo de la amplitud de las llamas no son perceptibles dado que a
frecuencias audibles la rapidez en el cambio de las presiones es
tan alta que el gas no alcanza a consumirse y las llamas nunca se
apagan, incluso cuando la presin es negativa en ese punto.
DIBUJO DEL VISOR DE ONDAS.
CONCLUSION.
El Visor de Ondas es un equipo que llama la atencin en cualquier
mbito con el solo hecho de encontrarse en funcionamiento.No
obstante su bajo costo de construccin y su elaboracin relativamente
sencilla, lo convierten en un dispositivo que resulta muy til a
fines educativos, ya que permite visualizar alteraciones en el
medio que de ordinario no pueden percibirse a travs de los
sentidos; por ello, este dispositivo se constituye en una potente
herramienta didctica a tener en cuenta a la hora de abordar el
desarrollo de una gran variedad de cuestiones relacionadas a las
ondas mecnicas.Otra experiencia que resulta muy interesante
consiste en hacer funcionar al equipo con pistas musicales,
especialmente aquellas en las que predomine un solo instrumento
como un piano o una flauta, ya que canciones en las que existan
superposiciones de varios instrumentos generan patrones
distorsionados.Esta prctica puede implementarse en una clase como
estrategia disparadora para asociar la teora de ondas sonoras con
el funcionamiento de algunos instrumentos musicales como el del
viento o instrumentos de cuerda. En este caso, a modo de
disparador, podra indagarse qu relacin existe entre el
funcionamiento de una flauta o una guitarra y el fenmeno de ondas
estacionarias.
BIBLIOGRAFIA.
http://es.wikipedia.org/wiki/Metodolog%C3%ADa
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/iesmateoaleman/musica/onda_sonora.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Ac%C3%BAstica
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http://www.ugr.es/~andyk/Docencia/TEB/PracTEB.pdf
http://enebro.pntic.mec.es/fmag0006/Prism402.htm}
