¡El secreto del sonido: es una onda longitudinal! Descubre la magia de la física con un resorte de tienda de 100 yenes

Soy Ken Kuwako, el entrenador de ciencia. Cada día es un experimento.

¿Alguna vez has visto la verdadera naturaleza del “sonido”? Por supuesto, el sonido en sí mismo es invisible. Sin embargo, en las clases de ciencias, nos esforzamos por encontrar formas ingeniosas de hacer “visible” este mundo sonoro. Hoy, te revelaré un arma secreta sorprendente que es la estrella en nuestra lección de “Propiedades del Sonido” para estudiantes de primer año de secundaria. Es “ese juguete” con el que todos hemos jugado alguna vez.

La física se compone de “Cosas” (Objetos) y “Sucesos” (Fenómenos)

La disciplina de la física tiene dos grandes vertientes. Una es la de los “Objetos” (mono), es decir, el movimiento de las partículas. El campo de la “Mecánica”, que incluye lanzar una pelota o un coche en movimiento, pertenece a esta categoría. Como son tangibles y visibles, son fáciles de imaginar y resultan familiares para los estudiantes.

La otra vertiente son los “Sucesos” (koto), es decir, el aspecto de los fenómenos. Aquí, el protagonista principal es la “Onda”. Se trata de un fenómeno donde la energía y la vibración se transmiten, en lugar de que la sustancia en sí se desplace. Como este concepto no se explora en profundidad hasta la escuela primaria, muchos estudiantes tienen dificultades para visualizar la idea de una “onda” cuando se encuentran con ella por primera vez en la secundaria.

Por eso, para comprender esta “onda invisible”, introduje hace varios años un experimento usando un muelle de juguete: el Slinky.

Slinky (Amazon)

Mejor un juguete de un euro que un equipo de laboratorio de 50 euros

Este muelle de juguete es, en realidad, una de las herramientas más potentes en la enseñanza de la ciencia. Es extremadamente barato, ya que se encuentra en tiendas de dulces o tiendas “Todo a 100” (o de artículos baratos). Con el presupuesto escolar, podemos comprar uno para cada alumno, o al menos uno por cada dos.

Por supuesto, también tenemos los magníficos “muelles didácticos” en el laboratorio de ciencias, que cuestan unos 50 euros cada uno. Estos tienen un peso adecuado y la ventaja de que la velocidad de propagación de la onda es más lenta, lo que facilita su observación. Sin embargo, al ser tan caros, no se pueden conseguir suficientes y el experimento suele limitarse a una demostración del profesor frente a la clase.

Es mucho más efectivo para el aprendizaje que “cada estudiante sostenga el muelle con sus propias manos y cree la onda”.

Experimentando la “Onda Longitudinal” y la “Onda Transversal”

Cuando los estudiantes sostienen el muelle, empiezan a aprender las propiedades de las ondas de forma natural mientras juegan.

Onda Transversal: Si se agita el muelle de lado a lado, se crea una onda que serpentea como una culebra. Esta es una “Onda Transversal”.

Onda Longitudinal: Si se empuja el muelle hacia adelante y hacia atrás, avanza mientras las espiras del muelle se vuelven “densas” (compresión) o “sueltas/espaciadas” (rarefacción). Esta es una “Onda Longitudinal”. Se asemeja al movimiento de una lombriz de tierra.

De hecho, la verdadera identidad del “sonido” es esta “Onda Longitudinal” (también conocida como onda de compresión). Aunque las explicaciones en los libros de texto o los diagramas en la pizarra no son del todo claras, al manipular el muelle con tus propias manos y sentir su movimiento, se llega a una comprensión intuitiva: “¡Ah, así es como el sonido se transmite al empujar el aire!”.

El mecanismo de los terremotos también se entiende con el muelle

Además, este experimento con el muelle se puede aplicar directamente al estudio de la “Sismología”, un campo de la geociencia en la secundaria. En un terremoto, hay dos tipos de movimientos: la vibración inicial más pequeña (Onda P), que es un temblor rápido, y el movimiento principal más grande (Onda S), que es un balanceo fuerte.

Onda P (Onda Primaria): Es la onda rápida que llega primero. Es una “Onda Longitudinal”. Se propaga empujando en la dirección del movimiento, por lo que viaja más rápido.

Onda S (Onda Secundaria): Es la onda destructiva que llega después. Es una “Onda Transversal”. Tiende a sacudir el suelo con más fuerza, causando mayores daños a las estructuras.

Usando el muelle de juguete, podemos recrear la diferencia entre estas dos ondas justo delante de nuestros ojos. Hay un dicho: “Una imagen vale más que mil palabras”, pero en ciencia, podríamos decir: “Una experiencia vale más que cien palabras”. Más que una simple explicación, disfrutar al mover las manos es, sin duda, el camino más corto para enamorarse de la ciencia.

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