lunes, 26 de diciembre de 2011

Árbol del sonido

Una de las mejores maneras de enseñar física, a mi entender, es a partir de juguetes. Existen numerosos artículos sobre el tema que podréis encontrar por internet. Éste va a ser también uno de los propósitos de CLUSTER para el año que viene, ¿y que mejor momento que el final de año para empezar ya con los buenos propósitos?

Os presento un sencillo juguete denominado el árbol del sonido. Está formado por varias piezas de madera de diferentes colores y de diferentes tamaños. Al dejar caer una pequeña bola, también de madera, por el árbol, éste va dejando caer diferentes notas musicales.





Un experimento parecido, pero a lo grande, era propuesto en el blog La Ciencia para todos de Javier Fernández Panadero, en el que se podía ver una "escalera del sonido", por así decirlo. (Gracias por la información, Javi)



¿Pero que es el sonido?

El sonido no es mas que una perturbación del medio, que se desplaza por el aire (o por cualquier otro medio) hasta llegar a nosotros. Desde el punto de vista de la física se trata de una onda mecánica (necesita un medio para propagarse) y longitudinal (ya que la dirección de oscilación de las partículas del medio es la misma que la dirección de propagación de la onda).

Ondas longitudinales



Ondas transversales




Ondas longitudinales y transversales



Existen muchos ejemplos de ondas longitudinales y ondas transversales, mientras que las ondas del sonido son longitudinales, las de vibración de una cuerda y las que se producen en la superficie de un líquido son transversales. Estos tipos de ondas también son de importancia en los movimientos sísmicos denominados s-vawes (ondas transversales) y p-vawes (ondas longitudinales).



Así pues para que se produzca sonido es necesario un objeto que vibre y por tanto que perturbe el medio, y un medio a traves del cual se propague.

¿Pero por que unos suenas agudo y otras grave?

Este hecho está relacionado con la frecuencia de la vibración, es decir, con el numero de oscilaciones que es capaz de realizar el sistema en 1 segundo. Esta frecuencia está expresada en Hercios (1/segundo), y depende de manera inversa con el tamaño del objeto que vibra. Así si el tamaño del objeto es pequeño, la frecuencia será mayor y el sonido será mas agudo.



No obstante los objetos no vibran únicamente con una sola frecuencia sino que realizan toda una serie de vibraciones extras que de denominan sobretonos y que corresponden generalmente a la aparición de centros nodales (nulos de vibración) en los lugares en los que podemos dividir entre dos. Es decir si la longitud del instrumentos es de un metro, la frecuencia fundamental o tono (también denominado primer armónico) no poseerá ningún nodo, el primer sobretono será el segunod armónico y poseerá un nodo a 0,5m, el tercer armónico poseerá dos nodos a 0,25m y así sucesivamente. La unión de todos los armónicos, y de cada una de las frecuencias dará lugar a lo que se conoce como timbre del instrumento. Esta es la razón por la cual un do en una flauta no suena igual que en un violín o un clarinete, cada uno posee un registro particular de frecuencias y por tanto de armónicos, que le hace diferenciarse del otro.





En nuestro caso (el caso de un tambor) es mas complicado. Se trata de vibraciones en superficies y no en cuerdas y depende, ademas, del lugar donde se aplique el golpe que provocará la perturbación del medio. Los sobretonos del tambor no se pueden considerar armónicos y posee gran cantidad de ellos.







Volveremos a hablar sobre música y sobre sonido en nuevos artículos en CLUSTER.

Sergio

¿Quieres saber mas?


Mas vídeos sobre el sonido " El Universo mecánico"





Applet sobre sobretonos en una superfície circular de Bradley L. Carrol de WSU Physics Departament

- Modo fundamental o Tono
- Sobretono con perturbaciones no centrales.

Para saber mas puedes entrar en:

1-Wikipedia-Vibrations of a circular drum

2-Matemáticas de los sobretonos y modo fundamental en un tambor.

3-On line Physics

4 comentarios:

Javier dijo...

Las ondas son mágicas y, en el caso del sonido, cuando además de momento y energía transportan emoción, ya es la pera. Por cierto, con un cable de teléfono (el espiral que iba al auricular) moviéndolo como para saltar a la comba, era fácil obtener hasta el segundo armónico muy fácil de ver (por si te sirve).
Eso de las bolas me hizo pensar rápidamente en esta frikada que colgué, no sé si la viste, http://lacienciaparatodos.wordpress.com/2011/04/10/xilofono-en-medio-del-bosque/
Felices fiestas y merecido descanso

Sergio Paredes dijo...

¡Hola Javier!

Muchas gracias por continuar siguiendo el blog, que como ves va poco a poco. Este año que viene propondré un experimento para ver hasta el 4o armónico, ¡¡a ver si sale!!
Me ha encantado el vídeo, y si no pones objeción lo incluiré en este mismo artículo. Me ha gustado mucho también el blog que tienes con instrumentos musicales, me ha parecido muy interesante (me han faltado los vídeos del montaje...), ¡pero de todas maneras genial!

Saludos y hasta el año que viene, compañero...

¡¡FELIZ AÑO NUEVO!!

Anónimo dijo...

¿Cual es la ley física que actúa en el árbol del sonido?

Sergio Paredes dijo...

Hola compañero,

las leyes físicas relacionadas con este juguete son la relación entre la longitud de onda fundamental y el tamaño de la rama del árbol. En principio la longitud de onda fundamental es el doble que el tamaño de la rama del árbol.

La frecuencia asociada se puede calcular dividiendo la velocidad de propagación del sonido en el aire (340 m/s) entre la longitud de onda obtenida.

Un saludo

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