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

Polimerizaciones-Sferificaciones

En el artículo de hoy nos sumergiremos en una de las químicas mas creativas de los últimos años, hablaremos de nuevo de Ferran Adrià y de la famosa cocina molecular, y de un experimento sencillo, sin peligro alguno y muy divertido tanto para los adultos como para los mas peques: la sferificación.

En los últimos años se ha desarrollado una nueva ciencia, o mas bien una ramificación de la bien conocida química, la química gastronómica, o como se denomina en Francia la Molecular Cuisine. Anteriormente llamada Molecular Gastronomy, esta cocina molecular empezó a realizar sus primeros pasos a partir de los estudios de Hervè This y de Nicholas Kurti, sobre los procesos físicos y químicos que se producen en la cocina.



No obstante, la cocina molecular dio un salto de gigante con la llegada de Ferran Adrià, que aunque el nunca se ha querido vincular con la cocina molecular, fue el primero en aplicar técnicas habituales de la química al mundo de la cocina, gracias al trabajo durante varios años en el Bulli del químico Pere Castells, director en estos momentos de la Fundación Alicia. Desde rotavapores (utilizados en química para destilar disolventes), llamados ahora rotavales según la cocina Adriá (pero en realidad es el mismo aparato), hasta liofilizaciones, utilización de nitrógeno líquido y las famosas texturas (utilización de gran diversidad de polímeros naturales para obtener texturas diferentes a las conocidas por el paladar), utilizadas tanto en platos calientes, fríos y postres.





Hoy os enseñaremos una de sus mejores creaciones, fruto de la unión de la creatividad, de la química y de la belleza en los platos, la sferificación. Para poder hablar de ella hemos de empezar por sus ingredientes (o sus reactivos como queramos decirlo), el alginato sódico y el cloruro cálcico.

El alginato sódico (E-401) es, tal y como dice la Fundación Alicia en su Léxico científico gastronómico, una sal orgánica derivada de hidratos de carbono tipo fibra, utilizada como aditivo gelificante, espesante y estabilizante. Por sus propiedades es un hidrocoloide. Desde el punto de vista biológico se trata de un polímero natural que se extrae de algas pardas tales como Macrocystis, Fucus y Laminaria ascophillum, que se encuentran mares y océanos de aguas frías. A nivel químico diremos que se trata de un polímero natural formado a partir de dos tipos de azúcares simples: el ácido beta-D-Manurónico y el alfa-L-Gulurónico:

alfa-L-Gulurónico.



beta-D-Manurónico:



Cadena alginato sódico




El cloruro cálcico E-509 es una sal inorgánica soluble en agua y en este caso especial se utiliza como agente polimerizante.



La química es muy simple. Cada uno de los ácidos manurónico y gulurónico posee un grupo ácido carboxílico que puede desprotonarse en medio básico y formar los correspondientes carboxilatos, que en presencia de sodio precipitan en forma de sal. Éste producto polimerizado es el alginato sódico. Como el grupo carboxilato posee una carga negativa (es monovalente) necesitará un catión sodio para realizar la sal y quedarse neutro el compuesto.

¿Que sucederá si intercambiamos el sodio por el calcio? El calcio al ser divalente (posee dos cargas positivas) podrá asumir dos carboxilatos y no uno solo como el sodio. De esta manera al poder coger el doble de grupos carboxilatos podrá asumir dos alginatos de forma paralela y multiplicar de esta manera el peso molecular del polímero provocando su precipitación.





El Experimento

En este vídeo podréis ver paso a paso la polimerización del alginato, con las cantidades a utilizar y el procedimiento. En este caso se ha pensado en una realización práctica para las escuelas e institutos, con agua y colorantes alimenticios y en forma de gusano y no de esferas.



En este otro vídeo tenéis la explicación de la sferificación por parte del creador, de Ferran Adriá:



Un vídeo mas pensado para la elaboración en la cocina, de mano de Gastronomy molecular, Surprise Bubbles:



He de decir que yo mismo he intentado realizar algún plato utilizando esta reacción química, en concreto jamón con sferificacion de melón, y creo que gustó...Encontrareis toda la información para poder realizar platos al estilo Adriá en su pagina, donde hay vídeos y recetas descargables en pdf. Concretamente aquí tenéis la sferificación de melón.



El distribuidor oficial de los productos de Albert y Ferran Adriá es Soler i Graells, donde podréis encontrar todos los productos comercializados por estos dos hermanos.

Curiosidades

Nuestro amigo Steve Spangler también utiliza polimerizaciones de alginato para amenizar las clases, el producto se llama Insta-Worm y los vende en disolución ya realizada




Mas información:

Si te has quedado corto con esta explicación puedo recomendarte diferentes artículos y libros:

1- Investigación y ciencia. Con motivo del año de la química 2011, la revista Investigación y ciencia ha publicado diferentes artículos relacionados con la química, pudiéndose bajar de forma gratuita algunos de ellos. En concreto te recomiendo éste realizado por Pere castells y Claudi Mans en el que hablan de la nueva cocina y de la sferificación.

2- Léxico Científico gastronómico. Libro editado por la editorial planeta y realizado por Alicia y el Bullitaller donde quedan clasificados en forma de diccionario claro y concreto la gran mayoría de productos alimenticios, aditivos y primeras materias utilizadas en la cocina tanto moderna como actual.

3-El cocinero científico. Diego Golombek y Pablo Schwarzbaum. Libro editado por RBA en el que se explica de manera amena los fenómenos físicos y químicos básicos que observamos diariamente en la cocina.

4- Sferificaciones y macarrones. Claudi Mans. Libro editado por la editorial Ariel. En su platoniana manera de explicarnos los fenómenos físicos y químicos cotidianos Claudi Mans nos ofrece de manera atractiva un dialogo entre la cocina tradicional y la nueva cocina molecular, sin perder la rigurosidad científica.






¡¡Saludos y hasta la próxima!!

Sergio

Teoría Cinético Molecular y difusión

La teoría cinético Molecular fue propuesta inicialmente en 1738 por Daniel Bernouilli, demostrando la ley de Boyle de los gases. Sus trabajos fueron ignorados durante mas de un siglo. Entre 1848 y 1898 Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desenpolvaron los viejos escritos de Bernouilli y escribieron los postulados que se conocen hoy día como la teoría cinético molecular de los gases.



En este mismo blog se comentó en octubre del 2008 un experimento que demostraba la Teoría cinético Molecular de forma simple, el radiómetro de Crookes, en el que las aspas se movían justamente por el choque de las partículas del gas, y por lo tanto por la presión ejercida por éste.



En esta ocasión os enseño un sencillo experimento que demuestra también la TCM, pero no para los gases, sino en este caso para líquidos. Imaginemos que tenemos un vaso con agua fría y otro con agua caliente y dejamos caer unas gotas de colorante en cada uno de ellos. ¿En cual se producirá la difusión de forma mas rápida?



Al estar el agua mas caliente, el movimiento de las partículas es mayor, y eso mismo ayuda a que la velocidad de difusión sea mayor.

Espero que haya sido interesante, nos vemos en el siguiente artículo.

Sergio

Copa de Pitágoras

A este experimento se le ha denominado de muchas formas: Copa de Arquímedes, Copa Pitagórica y Vaso de Tántalo, cada uno de los cuales posee una historia particular. Según la versión de la Copa de Arquímedes, fue un encargo de un rey griego para que sus invitados no bebieran mas de lo convenido. No obstante no queda muy claro si fue Arquímedes o Pitágoras, según la gente de Wikipedia fue Pitágoras quien inventó la copa, para evitar la gula.

Otro nombre conocido para el experimento es el del vaso de Tántalo. Tántalo, según la mitología griega, era el hijo de Zeus y sufrió un castigo muy severo. El castigo consistía en permanecer en un lago con el agua hasta la barbilla, pudiendo alcanzar con la vista un árbol con ramas repletas de frutas por encima de él. Cada vez que intentara alcanzar la frutas desesperado por el hambre o la sed, éstas se retirarían, no pudiendo nunca alcanzarlas.



El vaso es especialmente interesante y nos refleja principios básicos de la hidrostática. Consiste en un vaso en cuyo interior existe un tubo con dos orificios, uno dentro del vaso y otro fuera por debajo de la altura del vaso. Al añadir agua al vaso ésta permanece perfectamente dentro, no obstante si se supera el nivel del tubo, se vacía entera. Al llenarse la copa también se llena el tubo interior desplazando el aire. En el momento en que el agua del tubo empieza a caer, todo el resto de agua que hay en el vaso le sigue dejándolo vacío. Vídeo de Grand-Illusions:



El principio fundamental en el que está basado el vaso es el principio del sifón, un tubo en forma de U invertida en el cual el líquido puede subir una cierta altura (h1) para poder bajar otra mayor (h2). El sistema funciona a partir de la gravedad, fuerza básica a partir de la cual empieza a caer el líquido y también el de la presión atmosférica, que empuja el líquido a caer. Este principio se aplica de forma común en casi todos los desagües de nuestras casas.





El Experimento

Para poder hacerlo, sin necesidad de ir a Grecia y comprar la auténtica copa Pitagórica o de Tántalo, podemos utilizar una botella de plástico, una pajita, el tapón y plastelina o cola. Se recorta la botella por dejando solo la primera mitad de la botella, se realiza una agujero en el tapón para que entre la pajita y se tapa con plastelina (también se puede tapar mejor con algún tipo de pegamento. Éste es el resultado.



Otra versión aún mas casera es la de Manuel Díaz Escalera con su vaso de Tántalo, puedes verlo en su blog fq-experimentos:



¿Como conseguir una auténtica Copa de Pitágoras?

Al parecer es un objeto de regalo que se puede conseguir en Grecia (aquí puedes entrar para ver como las fabrican) no obstante hay otros sítios donde se pueden comprar:

- En Keinbottle.com
-3B scientífic

Aquí encontraras el pdf con las instrucciones para utilizar la copa Pitagórica según 3B scientific

¡¡Saludos y hasta la próxima!!

Sergio