ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZOSISTEMA DE NIVELACIÓN Y ADMISIÓN

PROPUESTA PARA LA ELABORACIÓN DE UN TUBO DE RUBENS MEDIANTE EL GAS METANO PARA DEMOSTRAR LA LEY DE LA CINÉTICA.

NOMBRES Y APELLIDOS:

Sandra Jacqueline Pilatuña Quinaluisa Erika Daniela Robalino Freire Erick Alexander Ramos Velastegui Andrea Belén Villacis Tello Kattya Mireya Yánez Zapata

PARALELO: CING-06

2016-2S

I. TEMA

Propuesta para la elaboración de un tubo de Rubens mediante el gas metano para demostrar la ley de la cinética.

II. INTRODUCCIÓN

El tubo de Rubens al ser un dispositivo que posibilita realizar experiencias de acústica en ámbitos educativos para así poner en evidencia las perturbaciones mecánicas del espacio durante las manifestaciones de distintos sonidos.

Al realizar este proyecto se quiere dar a conocer a las personas el funcionamiento de las ondas mecánicas de la naturaleza mostrando su comportamiento al mezclarse con las llamas que sales de acuerdo al tipo de sonido o música que emitamos.

Además se pretende hacer interrelacionar la presión de un gas con la presión que ejerce el sonido dentro de un tubo metálico en que el que se realiza una serie de orificios pequeños que permiten la salida del gas para poder así observar la forma de las ondas que en el mismo se generan a través de las diferentes canciones.

Para esto fue necesario ver como es la onda de una canción en un reproductor, para así poder tener una idea más clara de la situación ya que muchas de las veces para poder interpretar las ondas sonoras solo utilizamos nuestros oídos, pero ahora por medio de este instrumento conocido como tubo de Rubens al utilizar la combustión de un gas el efecto será visual y desde luego se formaran ondas estacionarias al rebotar el sonido donde la amplitud de la onda sonora sea mayor se producirá una llama de gran intensidad en ese punto y donde la presión sea menor la llama será más baja o se desvanecerá. Cuando la presión externa es mayor que la presión en el interior del tubo impide la salida de gas por esos puntos así se verán las ondas que se ocasionan de manera llamativa dentro del tubo.

El sonido es conocido como una onda mecánica que necesita de algún medio para poder generarse. El proyecto que con anterioridad se quiere desarrollar consiste en un simple aparato llamado Tubo de Rubens tiene como fin ilustrar las variaciones de presión que se provoca una onda longitudinal por medio de una transformación a una forma de onda transversal, visualizada gracias al movimiento de las partículas del gas propano o también conocido como butano debido al sonido.

Para producir el sonido se utilizara un altavoz que proporciona una señal sinusoidal que es una curva que se representa al generarse el procesamiento de un audio y las combinaciones de sinusoides pueden ser utilizadas para realizar muchos efectos musicales, de modo que dentro del tubo podemos tener la propagación de esta onda sonora junto con las ondas reflejadas en el extremo del tubo.

III. JUSTIFICACIÓN

El Art. 26 de la Constitución de la República del Ecuador establece que la educación es un derecho de las personas a lo largo de su vida y un deber ineludible e inexcusable del Estado. Constituye un área prioritaria de la política pública y de la inversión estatal, garantía de la igualdad e inclusión social y condición indispensable para el buen vivir. Las personas, las familias y la sociedad tienen el derecho y la responsabilidad de participar en el proceso educativo. Uno de los procesos educativos es la elaboración de los proyectos esto permite al estudiante adquirir conocimientos a través de un análisis o una práctica para desempeñarse mejor en su área educativa o especialidad.

El tubo de Rubens es un equipo que llama la atención en cualquier ámbito con el solo hecho de encontrarse en funcionamiento. No obstante su bajo costo de construcción y su elaboración relativamente sencilla, lo convierten en un dispositivo que resulta muy útil a fines educativos, ya que permite visualizar alteraciones en el medio que de ordinario no puede percibirse a través de los sentidos; por ello, este dispositivo se constituye en una potente herramienta didáctica a tener en cuenta a la hora de abordar el desarrollo de una gran variedad de cuestiones relacionadas a las ondas mecánicas.

Se sostiene que un equipo de esta naturaleza, que pone en evidencia la presencia de una perturbación en un medio gaseosos, puede resultar útil para mejorar los obstáculos ligados a las ideas intuitivas acerca de las ondas.

El propósito de este proyecto es por un lado mostrar los elementos de bajo costo y los cuidados necesarios para la construcción. El tubo de Rubens permite el estudio de ondas estacionarias que a través de los debidos materiales da un experiencia sensacional. El montaje de esta experiencia es sencillo, se requieren elementos de fácil adquisición. Pero hay que tomar en cuenta que no debe realizarse en lugares cerrados y en los que existan corriente de aire

Para concluir, el tubo Rubens con música de tiempos y sonidos variados se puede dar una buena muestra de lo que son las ondas estacionarias, cosa que hace que el espectador quede maravillado y se reafirme una vez más que la física es una materia práctica, que muestra que “la materia no se crea ni se destruye solo se transforma”.

IV. OBJETIVOS

A. OBJETIVO GENERAL

Elaborar un tubo de Rubens mediante el gas metano para demostrar la ley de la cinética.

B. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Conocer la importancia que tiene elaborar un tubo de Rubens en la física.

2. Analizar los riesgos que se deben tener en cuenta para la ejecución del tubo de Rubens.

3. Construir un tubo de Rubens en donde se visualicen las ondas sonoras con la presión del sonido y gas.

V. METODOLOGÍA

En la construcción del equipo se deberá utilizar los materiales que se mencionará a continuación así mismo los cuidados que debe tener para el buen funcionamiento del proyecto. Los fundamentos teóricos relacionados con ondas estacionarias longitudinales.

a. Materiales:

Tubo de cobre de media pulgada, con un diámetro de 1.50 cm a 1.80 de longitud. Membrana elástica (globo o guante de látex). Abrazadera. Junta aislante. Tapa metálica. Cinta adhesiva. Gas (propano o natural) Manguera especial para gas con regulador. Espiga para la entrada del gas. Bases metálicas Altavoz con amplificador. PC, y software generador de tonos, o reproductor de mp3.

b. Pasos para la elaboración del equipo

1. En primer lugar se debe verificar que el tubo no tenga ninguna perforación debido al oxido o a golpes, en el caso que exista dichos agujeros se deberá cerrar completamente mediante soldadura o adhesivo que pueda soportar aumentos de temperatura.

Foto N.1 Tubo sin perforaciones.Por. Erika Robalino, 2016.

2. Una vez verificado el tubo se procede a limpiar, a un extremo se debe soldar un tapón metálico el cual deba contener un orificio y se suelde una espiga para la manguera del gas.

Foto N.2 Soldadura del tapón metálico.Por. Erika Robalino, 2016.

3. En el siguiente paso se procederá a realizar los orificios el cual empezara y

terminara a una distancia de 50 cm a partir de cada extremo, se deberá trazar una línea longitudinal para que la perforación vaya casi perfecta. Dichos puntos deberán tener una distancia de 2,2 cm.

Foto N.3 Perforación del tubo.Por. Erika Robalino, 2016.

4. Al otro extremo se deberá colocar un globo o guante de látex el cual debe estar

ajustado con cinta adhesiva alrededor del tubo, este proceso consiste en que el guante actué como membrana oscilatoria y transmitirá las vibraciones al interior del tubo. Existe el riesgo de que, durante el funcionamiento del tubo metálico se caliente al punto de dañar al guante, resultando esto en un posterior escape de gas y el consiguiente peligro que esto acarrearía. Para que esto no suceda como se mencionó anteriormente se deberá pegar con cinta adhesiva de manera que no entre en contacto con el tubo el guante.

Foto N. 4 Colocación del guante de látex. Por. Erika Robalino, 2016.

5. Después de aplicar el anterior paso se procede a ubicar el altavoz al frente del guante, este dispositivo deberá tener una fuerte potencia para poder abarcar todo el tubo y así las llamas se puedas visualizar de una buena manera.

Foto N.5 Preparación del equipo con el altavoz. Por. Erika Robalino, 2016.

6. El lugar donde se pondrá en funcionamiento el equipo debe estar libre de corrientes de aire, de la misma manera en lugares que haya poca iluminación para poder visualizar el comportamiento de las llamas.

Foto N.6 Verificación del equipo en un lugar cerrado. Por. Erika Robalino, 2016.

7. Para poder poner en funcionamiento se encenderá primero la PC o el dispositivo a utilizar y se enviará tonos de prueba de altavoz, luego de esto se procede a encender el tubo. Se abrirá lentamente la garrafa de gas y se procederá lentamente a encender el gas que se escapa por los orificios.

8. Una vez encendido se emitirá el sonido desde el altavoz que se colocó al frente del guante de látex, manipulando la lleva de salida de la garrafa y el volumen del reproductor, se regulará el tamaño de las llamas a una altura que se permita apreciar la forma de la onda deseada.

VI. MARCO TEÓRICO

A. NATURALEZA DEL SONIDO

Se posee una idea intuitiva de las ondas a través de las olas del mar o las ondulaciones que se generan cuando una piedra golpea el agua de un estanque.

“El sonido es la sensación percibida por el oído debida a las variaciones rápidas de presión en el aire. Desde el punto de vista físico consiste en la vibración mecánica de un medio elástico (Gaseoso, líquido o solido) y la propagación de esta vibración a través de ondas.” (Rocamora, M, 2006, p.1)

B. ONDAS SONORAS Y SU PROPAGACIÓN

Las ondas sonoras son un tipo particular de ondas elásticas que pueden producirse y propagarse en un medio (solido, líquido, gaseoso).

1. Ondas elásticas

a. Transversales y longitudinales

“En las ondas transversales el desplazamiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación, son longitudinales, ya que las partículas de aire se desplazan de su posición de equilibrio y oscilan en la dirección de propagación de la onda sonora., mientras que en las ondas longitudinales es paralelo y podemos apreciar en muchos instrumentos musicales como la vibración de una cuerda”. (Rocamora, M, 2006, p.4)

El aire como medio posee algunas características relevantes para la propagación del sonido que vale la pena señalar: La propagación es lineal. Esto permite que diferentes ondas sonoras se propaguen por el mismo espacio al mismo tiempo sin afectarse. El medio es no dispersivo. La velocidad de propagación de la onda en un medio elástico depende de las propiedades elásticas. “Por esta razón las ondas se propagan a la misma velocidad independientemente de su frecuencia o amplitud”. (Rocamora, M, 2006, p.5).

C. ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN EL SONIDO

1. Frecuencia: es el número de oscilaciones que se dan por unidad de tiempo.

f = V / λ 

En esta fórmula, f representa la frecuencia, V representa la velocidad de la onda y λ representa la longitud de onda.

Unidad: Hercios (Hz)

Gràfica N1. FrecuenciaElaborado por:

2. Periodo: es el tiempo que tarda en completar un ciclo completo de movimiento.

Es el tiempo (en segundos) que tarda un punto en realizar una oscilación completa al paso de una onda. Se abrevia con la letra (T).

La frecuencia (f) se relaciona con el periodo según la fórmula

3. Longitud: es la distancia entre dos puntos que están en posiciones iguales.

Para hallar la longitud de onda, solo tienes que dividir la velocidad de la onda entre su frecuencia, empleando la siguiente fórmula:

Longitud de onda = velocidad/frecuencia.

λ= c/f

La longitud de onda suele representarse con la letra griega lambda (λ).

La velocidad suele representarse con la letra c.

La frecuencia suele representarse con la letra f.

Si la velocidad y la frecuencia de una onda se expresan en unidades del S.I., m/s (metros por segundo) y Hz (hercios por segundo) respectivamente, la longitud de onda debe expresarse también en unidades del S.I., es decir, en metros (m).

4. Amplitud: distancia entre el punto más alto o más bajo a la línea central de la onda.

5. Velocidad: es la rapidez con la que la onda se propaga en el medio donde se esté produciendo.

VII. CONCLUSIONES

VIII. RECOMENDACIONES

IX. BIBLIOGRAFÍA

X. ÁNEXOS