Tubo de Kundt hecho en casa y su uso entre estudiantes de bachillerato para el aprendizaje significativo de ondas estacionarias y resonancia. Homemade Kund tube and its use among high school student for a meaningul learning of standing waves and



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Tubo de Kundt hecho en casa y su uso entre estudiantes de bachillerato para el aprendizaje significativo de ondas estacionarias y resonancia.

Homemade Kund tube and its use among high school student for a meaningul learning of standing waves and resonance.

Juan Carlos Sánchez Reyes

sanrey@ula.ve

Universidad de los Andes. Facultad de Ciencias, Dep. Física
RESUMEN

El estudio de los fenómenos físicos suele presentar dificultad para los estudiantes, sobre todo cuando están basados en modelos teóricos abstractos. Los estudiantes suelen involucrarse más activamente cuando visualizan el fenómeno; sin embargo, las experiencias de acústica están asociadas a equipos instrumentales sofisticados y costosos. El presente trabajo propone un montaje experimental alternativo, hecho a mano, que permite el estudio de las ondas longitudinales estacionarias y determina la velocidad del sonido por el método de Tubo de Kundt. El experimento consiste en proyectar ondas de audio, provenientes de un audio-generador, dentro de un tubo plástico. Las ondas son recogidas y amplificadas para finalmente ser medidas por un voltímetro A.C. El esquema electrónico del amplificador de ½ vatio y acoplado a un micrófono de alta impedancia tipo electret se ha detallado. El equipo es bastante robusto, económico y de fácil uso. La experiencia ha sido llevada a cabo en el aula de clase, permitiendo que los estudiantes construyan y validen sus modelos basados en sus pre-conceptos, teorías y experiencias previas validando, de esta manera, la teoría de Ausubel del Aprendizaje Significativo.



ABSTRACT
The study of physical phenomena often presents difficulty for students, especially when these phenomena are based on abstract theoretical models. Students often become more active when they view the phenomenon; however, acoustic experiences are associated with sophisticated and expensive instrumental equipment. This paper proposes an alternative experimental setup, handmade, which allows the study of stationary longitudinal waves and determines the speed of sound by the method of Kundt tube. The experiment consists of projecting audio waves, coming from an audio generator, inside a plastic tube. The waves are collected and amplified to finally be measured by an AC voltmeter. An scheme of the ½ watt amplifier, coupled to an electret type high impedance microphone, is presented in detail. The equipment is quite robust, economical and easy to use. This experience has been conducted in the classroom, allowing students to construct and validate their models based on their pre-concepts, theories and previous experiences, thus validating the Ausubel's theory of the Meaningful Learning.
Palabras clave: Tubo de Kundt, micrófono amplificado, hecho a mano.
INTRODUCCION

El estudio de las ciencias y en particular de la física tradicionalmente ha causado cierta aversión entre los estudiantes cuando se aprende de forma mecánica pudiendo ser la causa de que no se ha tenido la oportunidad de fijar los conceptos y no se ha consolidado el razonamiento lógico abstracto.


La propuesta pedagógica que recientemente se ha venido empleado para la enseñanza de la física es el que sustenta el presente trabajo “Aprendizaje Significativo” planteado por Ausubel, (1991).
El propósito de la actividad docente, entre otras cosas, es contribuir a la motivación de los estudiantes a explorar una u otras variantes en experimentación de un problema o fenómeno planteado. Se desarrolla con el propósito de mostrarles algún procedimiento, técnica o la concordancia entre la teoría y la práctica. Al final se espera reforzar la teoría y adquirir destrezas practicas, manejo del instrumental y la aplicación del método científico.
En física, uno de los temas dificultosos vendría a ser el movimiento ondulatorio ya que el concepto de onda es bastante abstracto e intangible. Dado que el estudiante se le hace más fácil aprender la física haciendo e interpretando experimentos, se tiene ahora inconveniente de importancia, ¿Cómo adquirir el instrumental necesario para elaborar una experiencia de ondas acústicas?.
Tradicionalmente los equipos empleados en los experimentos de acústica son costosos, sofisticados, de difícil conexión y ajuste, por lo que puede ser un factor decisivo en su implementación.
El presente trabajo presenta una alternativa sencilla para el estudio de la interferencia de ondas acústicas por el método del Tubo de Kundt mediante un diseño robusto, de bajo costo y fácil manejo que pueda ser elaborado por una persona con pocos conocimientos de electrónica, con una mínima inversión ya que se han seleccionado componentes de bajo costo y de fácil adquisición.
A continuación se resumen los conceptos más relevantes del movimiento ondulatorio (Hewitt 2004, Serway 2005):

  • Velocidad de propagación(v). Es el espacio que recorre la onda por unidad de tiempo. La velocidad de un movimiento ondulatorio depende del tipo de onda de que se trate y del medio por el que se propague. El sonido se propaga a través de un medio físico (solido, liquido o gas) y su velocidad depende del medio.

  • Período (T). Es el tiempo que tarda una onda en efectuar una oscilación completa.

  • Longitud de onda (λ). Es el largo (en longitud) que tiene una onda completa, ver figura # 1. La audición humana esta ajustada para percibir ondas cuyas longitudes estén comprendidas entre 1,7 cm hasta 17 mts de longitud.

  • Frecuencia (f). Es el número de oscilaciones completas que realiza una partícula por unidad de tiempo. Su unidad es el hertz o hercios (Hz), siendo un hertz igual a una oscilación completa cada segundo. De acuerdo con la definición de período, dado que una oscilación dura T segundos, en un segundo habrá 1/T oscilaciones, por lo tanto:

Es decir, que la frecuencia es el valor inverso del período.




  • Concordancia de fase. Se dice que dos puntos de un medio elástico por el que se propaga una onda están en concordancia de fase si, en un instante determinado, los dos puntos ocupan posiciones idénticas y se mueven del mismo modo (hacia arriba o hacia abajo). Los puntos A y B de la figura 1 están en concordancia de fase, pero no así el C, puesto que aunque se encuentra a la misma altura está bajando en lugar de subiendo como el A y el B. Entonces la longitud de una onda sera la distancia que separa dos concordancias de fase sucesivas.


Figura 1. Modelo de una onda y sus características.


  • Amplitud (A). Es la separación máxima que alcanza la onda respecto a su posición de equilibrio. Se representa como A.

Refiriéndonos pues a la onda de desplazamiento en el caso de un tubo cerrado por un extremo, la forma más simple que adoptan las ondas estacionarias es un vientre en el extremo abierto del tubo y un nodo en el cerrado, tal como se muestra en la figura 2.




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