Prácticas de Sonido en el laboratorio

PRACTICA 1:

 INSTRUMENTOS PARA ESTUDIAR EL SONIDO (I): EL SONÓMETRO

Objetivos

·   Aprender a manejar y entender el funcionamiento del sonómetro para la toma de medidas de niveles de ruido.

·   Utilizar las mediciones realizadas para evaluar los niveles de ruido de distintos electrodomésticos.

·   Reflexionar sobre el ruido que nos rodea.

·   Conocer los efectos ocasionados por niveles de ruido inadecuados.

·   Demostrar la disminución del nivel de intensidad sonora con la distancia.

·   Estudiar la relación entre el nivel sonoro de varias fuentes superpuestas y el de cada una por separado.

Fundamento teórico

La intensidad de una onda está relacionada con su amplitud. En el caso del sonido, cuanto mayor sea la amplitud con la que vibran las moléculas del aire, más fuerte lo escucharemos.

El sonómetro es un instrumento para medir el nivel de intensidad de un sonido. Este nivel de intensidad se mide con una escala adaptada a nuestra capacidad de percepción auditiva. El oído humano puede percibir sonidos de determinadas frecuencias (desde 20 a 20000 Hz) y con distintas intensidades. El nivel de intensidad sonora se mide en decibelios (db). El umbral de audición marca los 0 db. Una conversación normal se realiza a unos 50- 60 db. Por encima de los 120 db se siente dolor.

El ruido es un sonido molesto que puede producir efectos fisiológicos y psicológicos nocivos para una persona o grupo de personas.

La contaminación acústica es considerada por la mayoría de la población de las grandes ciudades como un factor medioambiental muy importante, que incide de forma principal en su calidad de vida. La causa principal de la contaminación acústica es la actividad humana; el transporte, la construcción de edificios y obras públicas, la industria, entre otras. Los efectos producidos por el ruido pueden ser fisiológicos, como la pérdida de audición, y psicológicos, como la irritabilidad exagerada. Un informe de la Organización Mundial de la Salud (OMS), considera los 50 dB como el límite superior deseable.

Material

Un sonómetro. Electrodomésticos: un secador de pelo, una minipimer, un aspirador, un reproductor de música, unos cascos, un órgano eléctrico…

OBSERVACIONES:

Todas las mediciones que vamos a llevar a cabo se van a ver afectadas por el ruido de fondo de la clase.

No podemos evitarlo de forma sencilla, pero sí tratar de minimizar su efecto. Para ello hemos de:

1º- Guardar el máximo silencio posible en la clase.

2º- Tomar las medidas muy cerca de la fuente sonora, para que sea este sonido el que predomine.

En cualquier caso, nuestro objetivo no es obtener datos muy precisos, sino orientativos, y además, en la vida cotidiana siempre existe un ruido de fondo.

Procedimiento

Primera parte: Niveles de sonoridad de distintos electrodomésticos

Aprende a medir con el sonómetro.

Sitúa  siempre el sonómetro a la misma distancia (aproximadamente10 cm) de la fuente sonora, para que los resultados sean comparables.

Anota las lecturas del sonómetro ubicándolas en la siguiente tabla 1:

Fuente sonora	Nivel de intensidad sonora (db)
	Medida 1	Medida2	Medida3	Medida 4	Valor medio
Ruido de fondo
Secador de pelo
Minipímer
Reproductor de música al volumen que sueles escucharlo
Música en los cascos, al volumen que sueles escucharla
Un órgano eléctrico con música grave y volumen máximo
Un órgano eléctrico con música aguda y volumen máximo

Segunda Parte: Disminución de la intensidad sonora con la distancia

Completa la siguiente tabla 2 anotando las mediciones en decibelios (dB) emitidos por  una misma fuente. El micrófono debes colocarlo a distancias mostradas en la tabla.

Es muy importante que estéis en silencio. ¿Cuál es el problema de medir a largas distancias respecto al rigor de los resultados?

Distancia a la fuente sonora (cm)	Nivel de intensidad (db)
	Medida1	Medida2	Medida3	Media
10
50
100
200

Tercera parte: Suma de intensidades

Mide por separado el nivel de intensidad sonora de dos fuentes. Luego enciende las dos a la vez y mide los decibelios, ¿qué esperas obtener? , ¿es la suma?

PRÁCTICA 2:

 INSTRUMENTOS PARA ESTUDIAR EL SONIDO (II): EL OSCILOSCOPIO

Objetivos

• Conocer el osciloscopio.
• Comprender qué es la amplitud y la frecuencia de una onda utilizando el osciloscopio.
• Relacionar la intensidad sonora con la amplitud de la onda sonora y el tono con el número de oscilaciones por segundo.

Fundamento teórico

El sonido es una onda longitudinal de presión  que transporta energía mecánica, la cual se transmite por colisiones entre las partículas del medio. Una onda es un movimiento de vibración que se transmite a lo largo del espacio.

El osciloscopio es un instrumento que dibuja el movimiento de vibración de una onda en una pantalla y nos permite estudiar sus características (amplitud, frecuencia…) y medirlas.

Una onda sinusoidal es la que tiene esta forma:

 

En la realidad las ondas suelen ser mucho más complejas y su forma se aleja de esa sinusoide. Puedes comprobarlo observando cómo dibuja el osciloscopio el ruido de fondo de la clase. Un sonido continuo de una única frecuencia aparecerá en el osciloscopio como una onda sinusoidal.

Cualidades de una onda sinusoidal en el osciloscopio:

-          La amplitud es la altura de la vibración.  Se mide en unidades de longitud.

-          La frecuencia es el número de vibraciones que realiza la onda en un segundo. Se mide en herzios. Cuanto mayor sea la frecuencia, más ondulaciones completas cabrán en la pantalla, más cerca estarán unas de otras.

Cualidades de la percepción del sonido:

-          Tono: un sonido puede resultarnos más grave o más agudo. Veremos que los sonidos son tanto más agudos cuanto mayor sea su frecuencia.

-          Intensidad: un sonido se escucha con mayor intensidad si la onda sonora vibra con más amplitud.

Material

Como fuente sonora usaremos un programa de ordenador, SONI2.EXE, que emite sonidos con la frecuencia deseada. Se descarga en la web: http://pagciencia.quimica.unlp.edu.ar/labsonid.htm

Como osciloscopio usaremos un programa online, el McScope, que se descarga en: http://www.physics2000.com/Pages/Downloads.html#MacScopeManual

También necesitaremos un micrófono conectado al ordenador.

Procedimiento

Escucharemos sonidos de distintas intensidades, para relacionar el tono más agudo o grave con la frecuencia. Después observaremos la onda representada en el osciloscopio en cada caso.

Aumentaremos y disminuiremos la intensidad del sonido para demostrar con el osciloscopio que cuanto mayor sea la intensidad, mayor es la amplitud de la onda.

PRÁCTICA 3: 

EL DIAPASÓN Y LA RESONANCIA

Objetivos

·   Conocer el diapasón como fuente de un sonido de única frecuencia.

·   Observar el fenómeno de la resonancia de las ondas sonoras.

Fundamento teórico

Un diapasón es un dispositivo metálico (generalmente acero) con forma de horquilla. Puede estar sobre una caja de resonancia para aumentar la intensidad del sonido. Se utiliza principalmente como referencia para afinación de instrumentos musicales, pues tras un toque emite un tono musical puro, es decir, un sonido con prácticamente sólo una frecuencia. El diapasón de 440 Hz corresponde con la nota LA en la escala musical que usamos, por eso se usa para afinar instrumentos.

Cuando producimos una nota musical, no escuchamos sonidos puros de una sola frecuencia, sino que oímos a la vez sonidos superpuestos de distintas frecuencias, con uno predominante, llamado tono fundamental. Si las otras frecuencias son armónicos del tono fundamental, el sonido es agradable, si no es así suena desafinado.

Si hacemos que un objeto vibre, por ejemplo, transmitiéndole un sonido, la amplitud será pequeña (y por tanto no se oye). Pero si la frecuencia del sonido que le transmitimos tiene determinado valor (frecuencia natural del objeto), éste vibrará con tanta amplitud que el sonido se escuchará muy fuerte. Este fenómeno se llama resonancia.

Así, si un diapasón emite sonido con una frecuencia de 440 Hz, hará vibrar fuertemente a otro diapasón con la misma frecuencia natural. Si la frecuencia natural del segundo diapasón es otra, distinta a 440 Hz, la vibración será tan pequeña que ni la oiremos.

Material

Dos diapasones de 440 Hz.

Procedimiento

Situamos los diapasones a unos 30 cm de distancia. Hacemos vibrar uno de ellos golpeándolo y lo detenemos rápidamente. Escucharemos al otro diapasón vibrar sin haberlo tocado.

Modificamos la frecuencia natural del segundo diapasón y repetimos el procedimiento. No se escuchará nada.