Guía para el docente El Sonido Composición del sonido. Guía para el docente

Transcripción

1 Guía para el docente Descripción curricular: - Nivel: 1º Medio - Subsector: Ciencias físicas - Unidad temática: El sonido - Palabras clave: Ondas, ondas sonoras, sonido, nodos, antinodos, interferencia. - Contenidos curriculares: El sonido - Objetos en vibración introducidos fenomenológicamente: cuerdas, láminas, cavidades, superficie del agua. Relación entre frecuencia de la vibración y altura del sonido, entre amplitud de la vibración e intensidad del sonido. - Relación entre superposición de ondas y timbre de un sonido. Pulsaciones entre dos tonos de frecuencia similar. - Contenidos relacionados: - 1º Medio: El sonido: Vibración y sonido Ondas y sonido. La luz: Propagación de la luz Naturaleza de la luz. La electricidad: Energía eléctrica. - 2º Medio: El movimiento: Energía mecánica. El calor: Conservación de la energía. - 3º Medio: Mecánica: Movimiento circular. - 4º Medio: Electricidad y magnetismo: Ondas electromagnéticas. Mundo atómico: El átomo - Aprendizajes esperados: - reconocen que el comportamiento de objetos muy diversos (cuerdas, láminas, aire en cavidades, los diferentes instrumentos musicales) puede tener un origen común (la vibración); - reconocen que en algunas circunstancias un fenómeno se puede comprender como la suma de componentes (por ejemplo, el tono de una nota musical); - reconocen que la comprensión de fenómenos naturales (como la naturaleza del sonido) es el origen de muchas tecnologías (por ejemplo, aplicaciones del ultrasonido en medicina); - relacionan conocimientos abstractos con el comportamiento de objetos (por ejemplo, parlantes o instrumentos musicales). 1

2 Aprendizajes esperados de esta actividad: - Comprender qué es una onda estacionaria. - Comprender qué es un nodo y qué es un antinodo. - Comprender como se superponen las ondas. - Desarrollar la capacidad de observar y describir fenómenos naturales que ocurren a nuestro alrededor. Recursos digitales asociados de - Ficha 3:. - Animación: Frecuencia y período de una onda. - Videos: Onda estacionaria. - Juego: Quién sabe más? - Diapositivas digitales (ppt): El sonido, composición del sonido, Ondas y sonido. Actividades propuestas para este tema: Este documento cuenta con dos actividades referentes al sonido y vinculadas con el video llamado Onda estacionaria. En él se construye un aparato generador de ondas estáticas que se pueden visualizar en una cuerda. Modificando la tensión de la cuerda, se pueden observar nodos y antinodos de las ondas estáticas generadas en la cuerda. - Actividad Qué es una onda estacionaria? : pretende que los estudiantes comprendan lo que es una onda estacionaria y logren visualizar y definir un nodo y un antinodo. - Actividad Las ondas chocan? está enfocada en la comprensión de la interferencia entre ondas y lo que ocurre cuando se superponen distintos tipos de ondas. A continuación encontrarás los contenidos que tratan estas actividades y sugerencias sobre cómo desarrollarlas con tus estudiantes. 2

3 ACTIVIDAD: Qué es una onda estacionaria? Duración: 2 horas pedagógicas 1. Mapa de contenidos tratados Ondas estacionarias Ondas reflejadas de igual frecuencia Se propagan normalmente por un medio cualquiera y se reflejan en una superficie, generando una onda Antinodo Nodo Pareciera que estuviera quieta, sin propagarse, pero en realidad sigue viajando. 2. Desarrollo de la actividad: Qué es una onda estacionaria? Paso 1: Recomendamos iniciar la actividad dibujando en la pizarra una típica onda estacionaria en donde se indiquen el nodo y el antinodo. Luego pregunte a sus estudiantes: - Qué es una onda estacionaria? - Existe una onda estacionaria? Deje pasar algunos minutos para que sus estudiantes imaginen si se puede generar, en la realidad, una onda estacionaria. Luego invítelos a ver el video Onda estacionaria. Paso 2 Muestre el video Onda estacionaria. (Pueden verlo más de una vez). Destaque los siguientes momentos: - El físico indica que se construirá un generador de ondas estacionarias. - El físico indica qué parte del timbre genera las vibraciones. - Se hace vibrar el timbre y se representan en un esquema las ondas producto de la vibración. - El físico indica que variando la tensión de la cuerda se pueden visualizar los nodos y antinodos de la onda o vibración producida. - Se muestran en detalle las ondas producidas en la cuerda. En ellos se visualizan los nodos y antinodos. 3

4 Paso 3 Entregue a sus estudiantes la actividad asociada al video que acaban de ver. Pueden, también, leerla en línea. En esta actividad los estudiantes deben ser capaces de describir el fenómeno que observaron en el video y, con eso, ser capaces de obtener definiciones de conceptos como: onda estacionaria, nodo y antinodo. Pueden obtener más información de estos conceptos en el portal educarchile, en otros medios como Internet o en una biblioteca. Las respuestas a las preguntas de esta actividad se encuentran a continuación. 1. Qué es una onda estacionaria? Dibuja una onda estacionaria. Una onda estacionaria es la superposición de dos ondas que vibran a la misma frecuencia, produciendo puntos de unión. Las ondas estacionarias pareciera que están quietas en el medio de propagación, pero siguen su trayectoria a pesar de chocar con otra onda. 2. En la onda estacionaria que dibujaste, indica cuál es el nodo y cuál es el antinodo. 3. Qué es un nodo? El nodo o puntos nodales son los puntos en que ambas ondas se cruzan. Pareciera que estos puntos están fijos en el espacio: sin embargo, están en movimiento con respecto a la onda. 4. Qué es un antinodo? El antinodo es el punto contrario al nodo. Corresponde al punto en el cual la amplitud de ambas ondas es máxima y, por lo tanto, las ondas no están en contacto. 5. Cuántas ondas se necesitan para que se produzcan un nodo y un antinodo? Los nodos son puntos de contacto de dos ondas que viajan en distintas direcciones y que tienen la misma frecuencia de vibración. Los antinodos se definen en función de los nodos y corresponden al punto más alejado entre 4

5 estas dos ondas. Por lo tanto, se necesitan al menos dos ondas para dar origen a puntos nodales. 6. Qué instrumento o material está generando las vibraciones que se producen en la cuerda? En el video utilizan un timbre de chicharra, el cual tiene un martillo que golpea una superficie del timbre, produciendo una vibración de frecuencia constante. A este martillo amarran una cuerda, la que comienza a vibrar a la misma frecuencia del martillo. El otro extremo de la cuerda se encuentra libre para poder modificar la tensión de esta y poder visualizar ondas estacionarias. 7. Dónde podemos ver ondas estacionarias? Podemos ver ondas estacionarias cuando hacemos vibrar fuertemente cuerdas de guitarras. Las cuerdas de guitarra, vibrarán rápidamente hasta que no seamos capaces de visualizar la cuerda, y visualizaremos su movimiento como si estuviera quieto. Paso 4 Para finalizar la actividad, pregunte nuevamente a sus estudiantes: - Existen o no las ondas estacionarias? Observe si sus estudiantes aprendieron a reconocer este tipo de ondas e invítelos a juagar Quién sabe más entre pares de estudiantes. 5

6 ACTIVIDAD: Las ondas chocan? Duración: dos horas pedagógicas 1. Mapas de contenidos tratados Cuando dos ondas se superponen Pueden continuar la trayectoria Aumenta la intensidad (total) Aumenta la amplitud Disminuye la intensidad de cada una (anulándose) Dos ondas en fase Dos ondas en desfase Por ejemplo Superposición de dos notas musicales del mismo instrumento Superposición de dos sonidos cualquiera 2. Desarrollo de la actividad: Las ondas chocan? Paso 1 Esta actividad pretende que sus estudiantes comprendan qué ocurre si dos ondas se superponen. Recomendamos iniciar la actividad preguntando: - Las ondas chocan o no? Los estudiantes, probablemente, han escuchado interferencias de ondas por ejemplo en las señales del teléfono celular o en la radio. Una vez que respondan esta pregunta, consúlteles - Qué ocurre cuando chocan? Pregúnteles qué se imaginan que ocurre cuando dos ondas se encuentran en un mismo medio de propagación. 6

7 Paso 2 Vean el video Onda estacionaria y muéstreles cómo se cruzan las ondas estacionarias allí producidas. Indíqueles cuáles son los puntos nodales y los antinodos. Recuerde que las ondas que aparecen en el video tienen igual frecuencia de vibración. Paso 3 Entregue a sus estudiantes la guía de preguntas asociada a este video. Pueden, también, leerla en Internet. En esta parte de la actividad los estudiantes deben describir el fenómeno que observan y darle una pequeña explicación. 1. En el video, cómo son las ondas generadas por el timbre? El timbre golpea sucesivamente una superficie de metal. Este golpe genera un ruido que se repite en el tiempo. Al amarrar una cuerda en el martillo del timbre, la cuerda comienza a vibrar con la misma frecuencia que lo hace el martillo. Las ondas en este video son ondas estacionarias que tienen la misma frecuencia de vibración, y por eso producen los puntos nodales. Una vez que sus estudiantes comprendan que en el video se producen ondas estacionarias, pregúnteles: Qué ocurre si chocan dos ondas que no tienen la misma frecuencia de vibración? Si chocan dos ondas con distintas frecuencias de vibración, mientras se superpongan darán lugar a otra onda de diferentes características. Después de que se superpongan, cada onda seguirá su trayectoria inicial. Paso 4 En esta parte de la actividad sus estudiantes deben realizar una pequeña investigación sobre la interferencia de ondas que no tienen la misma frecuencia de vibración, como las ondas que se muestran en el video. Para realizar esta actividad, sus estudiantes deben contar con la bibliografía adecuada, que pueden encontrar en el portal educarchile, en otros medios como Internet o en una biblioteca. Una vez revisada la bibliografía disponible, deben responder las siguientes preguntas, cuyas respuestas se encuentran a continuación. 1. Qué son dos ondas en fase? Las ondas en fase corresponden a aquellas que tienen la misma amplitud de vibración y que al superponerse coinciden. 7

8 2. Qué ocurre cuando se superponen dos ondas en fase? Las ondas en fase que se superponen dan lugar a una onda con amplitud igual a la suma de las amplitudes de las ondas iniciales. Si estas ondas son ondas sonoras, el resultado es una onda que se percibe más intensa (con mayor amplitud). 3. Qué son dos ondas en desfase? Las ondas en desfase son aquellas que al superponerse, la amplitud máxima de una de las ondas coincide con la amplitud mínima de la otra onda. 4. Qué ocurre cuando se superponen dos ondas en desfase? Las ondas en desfase que se superponen dan como resultado una onda nula debido a que la amplitud de esta onda corresponde a la resta de las amplitudes de las ondas iniciales. No olvidemos que luego de superponerse, cada onda continúa con sus características iniciales, pues no pierden energía. 5. Con respecto al video Onda estacionaria, qué ocurrió cuando se cruzan la onda incidente con la onda reflejada? Explica. Ambas ondas (incidente y reflejada) son ondas estacionarias. Se superponen en un punto llamado nodo, que se produce cuando cada onda viaja en distinta dirección. 6. Por qué ocurre lo que observaste en el video? Porque las ondas que allí se producen tienen igual frecuencia de vibración, lo que permite que se produzcan puntos nodales y antinodos (ondas estacionarias). 7. Imagínate que estás en tu sala de clases junto a tus compañeros. Qué ocurre si todos hablan a la vez? Se entiende lo que todos están hablando? Qué está ocurriendo con todas las ondas sonoras que están emitiendo? Se cruzan? Chocan? Si muchas personas hablan a la vez, probablemente nadie entenderá lo que se está hablando y lo que escucharemos es un bullicio de las voces de las personas. En este caso, las ondas se están superponiendo una voz sobre otra. Probablemente, y como todas las personas emiten una voz diferente, la frecuencia de estas ondas será también diferente; por lo tanto, lo que obtendremos serán ondas en desfase, es decir, cuando se superpongan las amplitudes mínimas y máximas no coincidirán, como ocurre con ondas de frecuencias similares. Si hablamos todos a la vez, las ondas se superponen, las ondas se mezclan hasta que no podemos distinguir las ondas individuales. 8

9 Paso 5 Para concluir esta actividad pregunte a sus estudiantes - Qué ocurre cuando dos ondas chocan? Observe si sus estudiantes reconocen el choque de ondas como un fenómeno de interferencia de ondas. Motive a sus estudiantes a que se hagan una autoevaluación utilizando el juego Quién sabe más vinculado a este tema. 9