TUBO DE RUBENS

TUBO DE RUBENS

El Tubo de Rubens es un dispositivo que posibilita realizar experiencias de acústica en ámbitos educativos. Con ellas se puede modelizar al sonido como un producto de variaciones de presión que se transmiten en un medio material y poner en evidencia las perturbaciones mecánicas del espacio durante la manifestación de distintos sonidos.

En este trabajo se describe la construcción del equipo utilizando insumos de bajo costo. Se detallan cuestiones referidas a los materiales a emplear y los cuidados necesarios a tener en cuenta durante su fabricación. Se describen también los fundamentos físicos de su funcionamiento y algunos posibles usos del instrumento didáctico.

Palabras claves: sonido, ondas sonoras, ondas estacionarias, equipo de laboratorio.

Introducción

Ante la necesidad de abordar el eje temático “ondas sonoras”, se presentan ciertas dificultades que impiden una clara apropiación del fenómeno por parte de los alumnos, que tienden a restringirlas a ondas transversales y visibles exclusivamente.

Esta dificultad a la que se hace referencia se debe en parte a la imposibilidad de visualizar el avance de la onda longitudinal en el medio, o su sola presencia en él. Al introducir en la clase el concepto de onda, por lo general la primera idea que se suscita en los alumnos es la de una onda producida por una piedra en un estanque de agua o las ondas formadas en una cuerda perturbada, lo cual es un ejemplo de onda transversal. Esto ya en cierta medida dificulta la comprensión del fenómeno que se quiere abordar: una onda longitudinal. Además, las representaciones de las ondas

longitudinales en los ejes cartesianos, ya sea como diferencias de presión o de desplazamiento en función de la posición, pueden dar nuevamente una clara imagen de una onda transversal, obstaculizando de nuevo la interpretación de que la perturbación se produce aquí en la dirección del avance de la onda, y no en dirección normal a ella.

Se torna así un tanto complicada la explicación de fenómenos tales como la propagación de la onda en un medio físico (ya sea si se la considera en términos de presión o bien de desplazamiento de las partí- culas materiales), ondas estacionarias, frecuencias fundamentales, velocidad de propagación; entre otros varios temas liga- dos a las ondas longitudinales.

El propósito de este trabajo es por un lado mostrar los elementos de bajo costo y los cuidados necesarios para la construcción de un Tubo Rubens, y por otro proponer algunos ejemplos concretos de experiencias que pueden realizarse con él en ámbitos educativos formales.

Se sostiene que un equipo de esta naturaleza, que pone en evidencia la presencia de una perturbación en un medio gaseoso, puede resultar útil no sólo para despertar el interés de los alumnos, sino fundamentalmente para subsanar los obstáculos li- gados a las ideas intuitivas subyacentes en los alumnos acerca de las ondas.

Cabe señalar que el contenido ondas sonoras se encuentra incluido en el Diseño Curricular Jurisdiccional del Ciclo Secundario Orientado, aprobado para Misiones en el año 2012, en los contenidos de “Física II”; espacio curricular propio de la Orientación en Ciencias Naturales. En él encontramos:

Eje 1:

- Ondas: Portadoras de energía:

Tipos de ondas. Características. Ecuación de la onda. Propiedades: Reflexión, Re- fracción, Difracción. Ppio. de Huygens.

- Acústica:

Ondas Sonoras. Intensidad del sonido. Características. Timbre. Reflexión y Re- fracción. Efecto Doppler”. (Ministerio de

Cultura, Educación, Ciencia y Tecnología,

2012, p.76).

En la próxima sección se muestran los materiales y los cuidados necesarios para la construcción del equipo. Seguidamente

Se desarrollan los fundamentos teóricos

Relacionados con ondas estacionarias longitudinales. Continuamos con la descripción de algunas actividades que pueden realizarse con el equipo. Finalmente se presenta una breve síntesis.

Construcción del equipo

Para la construcción del equipo, se necesitan los siguientes materiales mínimos:

• Tubo de metal: de 40 mm a 50 mm de diámetro y 1,50 m a 1,80 m de longitud.

• Membrana elástica (globo o piñata).

• Mecha de acero de 1 mm.

• Abrazadera.

• Junta aislante (junta de motor, etc.)

• Adhesivo para juntas de motor.

• Tapa metálica.

• Manguera especial para gas con regulador

• Espiga para la entrada del gas

• Garrafa de 3 kg o 10 kg.

• Pintura apta para resistir altas temperaturas (opcional)

• Altavoz con amplificador.

• PC. y software generador de tonos, o reproductor de mp3.

Se aclara que no es imperativo contar con un tubo de las dimensiones que aquí se exponen, pudiendo variar en su diámetro o longitud, aunque no se recomiendan longitudes menores, pues en ese caso no se favorecería la formación de varios nodos y antinodos en las ondulaciones formadas a frecuencias bajas. Incluso puede tratarse de un caño estructural de sección cuadrada u otra; no necesariamente debe ser un cilindro.

Una vez que se cuenta con los materia- les, en primer lugar se debe verificar que el tubo no posea perforaciones o picaduras debidas al oxido o a golpes. Si tales aguje- ros existieren se deberán cerrar completa- mente mediante soldadura o adhesivo que tolere aumentos de temperatura.

Una vez verificado y limpio el tubo, se le suelda un tapón metálico en uno de los extremos, en el cual a su vez previamente se ha practicado un orificio y se ha soldado una espiga para la conexión de una manguera de gas, tal como muestra la Fi- gura 1. Aquí el trabajo de soldadura debe ser tal que las uniones queden perfectas e impidan así cualquier fuga de gas. Puede ser necesario en este punto recurrir a un soldador de experiencia que realice un trabajo de calidad.

Debemos cerciorarnos cuidadosamente de que no exista ninguna fuga de gas del tubo. Una manera de comprobarlo es tapar

La espiga con un tapón y llenarlo de agua, para controlar así que no exista ninguna pérdida.

Figura 1: Fotografía del extremo del tubo por donde ingresará el gas.

En el siguiente paso, se procederá a marcar el tubo para efectuar las perforaciones a lo largo del mismo. Se hará una línea longitudinal, en la cual se marcarán los puntos donde luego se practicarán los agujeros con la perforadora. Estos puntos estarán distanciados unos de otros una distancia no mayor a 10 milímetros y no menor

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