1. Problema

El sonido es un fenómeno que escuchamos a diario, pero pocas veces podemos observar cómo se comporta físicamente. Por eso, nos propusimos construir un dispositivo que haga visibles las ondas acústicas mediante el reflejo de un láser en un vidrio sostenido por una membrana.

La idea es que, cuando una fuente de sonido (como música) se coloque cerca, las vibraciones del aire hagan oscilar la membrana y el vidrio. Esto provoca que el rayo láser cambie su dirección y proyecte movimientos en otra superficie, mostrando de manera clara la acción de las ondas sonoras.

Con este proyecto buscamos demostrar que el sonido es capaz de producir vibraciones visibles en objetos y que dichas vibraciones pueden representarse gracias a la luz.

2. Fundamentos Teóricos

Nuestro proyecto se basa en el estudio de las ondas acústicas, un tipo de onda mecánica longitudinal que necesita un medio material para propagarse (aire, agua, sólidos).

Subtemas importantes:

1. Frecuencia (f): número de oscilaciones por segundo (Hz).
2. Longitud de onda (λ): distancia entre dos crestas o compresiones consecutivas.
3. Velocidad del sonido (v): depende del medio, en el aire es aproximadamente 343 m/s a 20 °C.
4. Intensidad y amplitud: relacionadas con la energía y el volumen del sonido.

Propiedades de las ondas acústicas:

1. Reflexión: las ondas rebotan al chocar contra una superficie (eco).
2. Refracción: cambio de dirección cuando pasan de un medio a otro.
3. Difracción: capacidad de rodear obstáculos o atravesar rendijas.
4. Interferencia: combinación de dos o más ondas que pueden reforzarse (constructiva) o anularse (destructiva).
5. Resonancia: amplificación de la vibración cuando una frecuencia externa coincide con la frecuencia natural de un objeto.

Fórmula básica de propagación:

$$$$

v = $\lambda$ ⋅ f

Donde:

• $v$ = velocidad del sonido,

• $\lambda$ = longitud de onda,

• $f$ = frecuencia.

En este proyecto usamos un láser que refleja en un vidrio colocado sobre una lata. Cuando el sonido hace vibrar la superficie, esas vibraciones modifican la dirección del rayo láser, proyectando un patrón de movimiento visible en otra superficie.

3. Diseño

El diseño del proyecto consiste en un sistema sencillo pero funcional que permite visualizar las vibraciones del sonido. La estructura principal está formada por una lata cubierta con un globo, que actúa como membrana capaz de vibrar con las ondas sonoras. En el centro de esta membrana se coloca un pedazo de vidrio pequeño, el cual servirá como superficie reflectora.

Un láser se fija de manera que apunte directamente hacia el vidrio. Cuando el sonido llega hasta la membrana, ésta comienza a vibrar, provocando pequeños movimientos en el vidrio. Dichos movimientos hacen que el rayo láser se desvíe y se proyecte en una superficie externa (como una pared o cartulina).

De esta forma, el diseño integra materiales sencillos en una disposición estratégica que permite convertir las vibraciones sonoras en un fenómeno visual, facilitando la observación del comportamiento de las ondas acústicas.

4. Planificación

Materiales:

• 1 tijera

• Cinta negra para fijar

• 1 láser

• 1 globo

• 1 lata

• 1 gota mágica (pegante)

• 1 palo de madera

• 1 pedazo de vidrio

  
  
  
  

5. Construcción (paso a paso)

1. Tomamos la lata vacía y la cubrimos en un extremo con el globo bien estirado, fijándolo con cinta negra.

2. Pegamos cuidadosamente el pedazo de vidrio en el centro del globo usando la gota mágica. Este vidrio será el que refleje el láser.

3. Aseguramos la lata al extremo de un palo de madera, de manera firme y estable.

4. Sujetamos el láser en el otro extremo del palo, con ayuda de cinta, para que quede fijo y apunte directamente hacia el vidrio.

5. Ajustamos la inclinación para que el láser refleje sobre otra superficie (una pared, una cartulina, etc.).

6. Probamos el dispositivo colocando una fuente de sonido (como música) cerca de la lata. Las vibraciones harán que el vidrio se mueva, y el reflejo del láser mostrará ondas y figuras en la superficie proyectada.

6. Evaluación

El dispositivo funcionó correctamente, ya que fue posible observar cómo las vibraciones producidas por el sonido se reflejaban en el movimiento del punto láser proyectado. Esto nos permitió visualizar de manera práctica y creativa el comportamiento de las ondas acústicas.

En conclusión, el proyecto cumplió el objetivo de mostrar la influencia del sonido sobre un objeto y cómo estas vibraciones pueden hacerse visibles gracias a la reflexión de la luz láser.