Los contenidos que se desarrollarán en la presente secuencia responden a las siguientes ideas básicas

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Se parte de la siguiente situación problemática que gira en torno a la diferencia entre la propagación del destello de un relámpago y la del sonido del trueno que lo acompaña.

[pic 7]

Luego se propone la lectura de la experiencia histórica de medición de la velocidad del sonido en el agua:

A mediados del siglo XVII, los investigadores ya medían la velocidad del sonido en el aire; sin embargo, no fue hasta 1826 cuando Daniel Colladon, un físico suizo, y Charles Sturm, un matemático francés, midieron de forma precisa su velocidad en el agua. Con la ayuda de un tubo largo para escuchar debajo del agua, consiguieron registrar a qué velocidad el sonido producido por una campana sumergida recorría todo el Lago Lemán (Suiza)

Charles Sturm (izquierda) y Daniel Colladon (derecha) midieron de forma precisa la velocidad del sonido en el agua. Sturm hizo sonar una campana sumergida a la vez que producía una señal luminosa y Colladon utilizó un cronómetro para registrar el tiempo que el sonido tardaba en recorrer la distancia que separaba ambas embarcaciones (13.487 m).[pic 8][pic 9]

El resultado fue 1.435 metros por segundo, sólo 3 metros por segundo menos que la velocidad aceptada hoy día. Lo que demostraron estos investigadores fue que el agua, ya sea dulce o salada, es un medio excelente para la propagación del sonido, ya que se transmite casi cinco veces más rápido que en el aire.

¿Para qué hizo falta una señal luminosa junto con el toque de la campana? ¿Qué hubiera pasado si en lugar de luz se usaba una señal sonora como la producida por un silbato? ¿Cómo habrá estado construido el tubo que usó Colladon para escuchar el sonido dela campana debajo del agua?

Se espera que los alumnos utilicen la información brindada en la situación inicial de esta actividad (diferencia en la velocidad de propagación de la luz y el sonido en el aire) para explicar por qué fue necesario que el dispositivo de Sturm incluyera la producción de un destello de luz, en lugar de la emisión de un sonido, como señal de inicio de la experiencia. En cuanto al tubo usado para escuchar bajo el agua, a partir de la experiencia realizada en la Actividad 1, los alumnos podrían proponer que debería llevar una membrana elástica en el extremo sumergido para captar y transmitir el sonido a la columna de aire que llena el tubo.

Luego, se planteará a los alumnos que anticipen lo que sucederá con la velocidad de transmisión del sonido en medios sólidos: ¿Qué les parece que ocurrirá con la velocidad del sonido en un medio sólido? No se espera que los alumnos den la respuesta correcta, sin embargo, cierta experiencia cotidiana, o si logran relacionar la información con la que cuentan hasta el momento sobre la velocidad de propagación del sonido en el aire y en el agua y los estados de agregación de los medios (Vgaslíquido…), podría permitir que lleguen a pensar que en los sólidos la velocidad será mayor.

Después de considerar las diferentes propuestas, se los invitará a que imaginen un procedimiento para medir la velocidad del sonido en un sólido: ¿Cómo podrían hacer para probar sus predicciones? En este punto se espera que, por analogía con la experiencia histórica analizada antes, los alumnos sugieran utilizar, por ejemplo, una mesa de madera en cuyos extremos se ubicarían, por un lado, la persona que producirá el sonido, y por el otro, quien lo percibirá y medirá el tiempo transcurrido desde la observación de alguna señal visual que acompañe la emisión del sonido. Se discutirán las distintas alternativas que propongan los grupos, dejando en suspenso el análisis de la relación entre la longitud que debería tener el sólido y la posibilidad de registrar el tiempo (segundos) que transcurre entre la producción del sonido y su percepción.

A continuación, se propondrá a los alumnos la lectura de una tabla con las velocidades del sonido en diferentes medios: varios sólidos, agua y aire: Analicen la siguiente tabla y saquen alguna conclusión.

[pic 10]

Se espera que puedan concluir que el sonido se propaga, en general, más rápidamente en los sólidos que en el agua o el aire, aunque no todos los sólidos transmiten el sonido por igual.

Finalmente, retomando el diseño de la experiencia para medir la velocidad del sonido en un medio sólido, se llamará la atención sobre la longitud del sólido necesaria para hacer posible la medición del tiempo usando un cronómetro corriente. Utilizando la información de la tabla anterior se puede pensar que, por ejemplo, si la mesa fuera de madera debería tener un largo de aproximadamente 4.000 m para que el sonido demore 1 s en llegar de un extremo a otro y pueda ser registrado con cierta comodidad.

ACTIVIDAD 4. LA DETECCIÓN DEL SONIDO POR EL OÍDO: CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO SIMPLE DE OÍDO

Se espera que los alumnos reconozcan que en la audición están involucradas estructuras que vibran (tímpano) al captar el sonido.

Se propone que los alumnos comprendan cómo percibimos los sonidos a través del oído. Para ello se plantea la construcción de un modelo simplificado de oído y compararlo con el modelo científico, identificando qué partes y procesos están representados y cuáles no.

Se presentará en primer lugar un modelo de oído representado en una imagen similar a la siguiente:

[pic 11]

Luego se propondrá la construcción de un modelo concreto:

Tomar un trozo (10 centímetros) de manguera transparente de aproximadamente 20 mm de diámetro, cerrar un extremo con una membrana de látex (como las de los globitos de agua), ajustar bien y llenar con agua y colocar unos cuantos pelitos, por ejemplo los que forman el vello del brazo. Cerrar el otro extremo de la manguera de la misma manera. Fabricar un cono de cartón y ajustar la parte más agosta a uno de los extremos del dispositivo anterior. Producir un sonido y observar qué ocurre.

Se espera que los niños y niñas puedan observar cómo se mueven los pelitos dentro del tubo e infieran que los sonidos orientados por el cono de cartón inciden sobre la membrana elástica haciéndola vibrar y transmitiendo esta vibración al líquido del tubo, que a su vez vibra tal como se evidencia por el desplazamiento de los pelitos.[pic 12]

Una animación de cómo funciona este dispositivo se puede encontrar en:

http://museovirtual.csic.es/salas/acustica/sonido1/modoido.htm