Experimentos El Sonido by elvira gonzalez

Elvira Gonzรกlez Asesora Ciencias de la Naturaleza/Natur Zientziak Aholkularia

Elvira González Asesora Ciencias de la Naturaleza/Natur Zientziak Aholkularia

VIBRACIONES ¿En alguna ocasión estabas en el cine y has «sentido» una explosión en la pantalla? Si es así, ya sabrás que este sonido puede ser una «experiencia de movimiento». ¿Recuerdas qué sonidos te hicieron vibrar más? ¿Los agudos o los graves? Mientras piensas en ello, aquí tienes un estruendo a pequeña escala, aunque fácil de observar. Material necesario . • • •

equipo de sonido bandeja de aluminio para hornear cereales de bolita

Procedimiento Coloca una caja acústica en posición horizontal, con la salida de sonido hacia arriba, y pon una bandeja de aluminio sobre la rejilla. (jNo te apoyes en la rejilla!; podrías romperla.) Echa un puñado de cereales de bolita en la bandeja, con el sistema de sonido «off» y el volumen del equipo al mínimo. Conecta el equipo, sube lentamente el volumen y observa lo que les ocurre a los cereales. Razonamiento científico El sonido es una forma de energía que consiste en vibraciones que se transmiten de partícula en partícula. La transmisión de las vibraciones del sonido en el aire se efectúa a través de partículas de gas demasiado pequeñas como para poder apreciarlas. El sonido producido por la caja acústica hace que estas; partículas de aire vibren. La energía de la vibración se dispersa e incide en la base de la bandeja, grande y ligera, provocando una vibración cuya energía se transmite acto seguido a los cereales, los cuales, al cargarse de energía, saltan al ritmo de la música. ! ¡COMPRUÉBALO! ¿Cómo afectan al bote de los cereales el timbre y el volumen del sonido?

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COMPRENSIÓN EN MOVIMIENTO Llena de agua el lavamanos en el cuarto de baño hasta la mitad. Introduce el dedo índice en el agua y, cuando esté húmedo, colócalo a una cierta distancia de la superficie, dejando que las gotas caigan al agua. ¿Qué ocurre en el punto donde la gota incide en el agua? Describe los cambios operados en la superficie de agua. Material necesario • •

juguete con muelle metálico cinta adhesiva/ Procedimiento Coloca el juguete de muelle en el suelo, en un lugar en el que no haya alfombras ni moqueta. Sujeta a la pared, con cinta adhesiya, uno de los extremos del muelle. Ahora estira el muelle, sosteniendo con una mano el extremo libre del muelle, y luego, con la otra, sin soltarlo, golpéalo. ¿Qué le ocurre al muelle? ¿Detectas una onda? ¿En qué consiste? ¿En qué dirección se mueve? ¿Rebota en -la pared? En tal caso, ¿en qué dirección se desplaza la onda reflejada?

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Razonamiento científico El sonido viaja en ondas, que están formadas por regiones de materia que se contraen. Al golpear el muelle, se comprimen algunos bucles, y es precisamente esta «compresión» la que se desplaza a lo largo del mismo.. Si lo has golpeado con fuerza, la «compresión» tenía la energía suficiente para impactar en la pared y reflejarse de nuevo en sentido contrario, hasta llegar a tu mano. Cuando se crea un sonido, las partículas d\ aire también se comprimen, y esta región de aire así comprimida transmite su energía a las partículas contiguas. No son las partículas de aire las que transmiten el sonido, sino la compresión. Los científicos utilizan el término «onda de compresión>, para definir este fenómeno físico.

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PELÍCULA ACÚSTICA ¿Has abierto alguna vez la tela o rejilla frontal de una caja acústica de un equipo de música? Si es así, habrás dejado a la vista los conos de transmisión del sonido. Conecta el equipo estéreo y los altavoces vibran en vaivén. Cuanto más fuerte es el sonido, más acusado es el movimiento. En este experimento vas a construir un dispositivo que también se moverá con la música, aunque a diferencia del clásico cono de plástico o cartón utilizarás algo ligeramente más frágil: iuna película de solución jabonosa!

Material necesario • •

vaso de papel .tijeras solución jabonosa .plato plano .caja acústica

Procedimiento Con unas tijeras, recorta el borde del vaso, de aproximadamente 3 cm de anchura, formando una anilla. Vierte un poco de solución jabonosa en el plato, sumerge en ella el borde redondeado de la anilla que has recortado y conecta el equipo de sonido, procurando que no esté demasiado fuerte para no dañar el oído. Con cuidado, retira la anilla de la solución de manera que se forme una fina película. Sostén la anilla y colócala delante del altavoz. ¿Qué le ocurre a la película? ¿Cómo influyen en ella los cambios en el volumen? ¿Qué crees que producirá un mayor movimiento, los sonidos agudos o los graves? ¿Por qué?

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Razonamiento científico Una película jabonosa es una superficie muy fina de agua y partículas de jabón. Al ser finísima Y ligera, basta una pequeña cantidad de energía para moverla. Cuando el cono acústico se desplaza adelante y atrás, hace vibrar las partículas de aire que lo rodean, formando una onda de sonido, la cual, al moverse hacia fuera, incide en la película, haciendo que vibre siguiendo la misma pauta que la de la intensidad

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«VER» EL SONIDO Un ruido te sobresalta y despiertas de tu plácido sueño. ¿Qué ha sido? ¿Monstruos? ¿Extraterrestres? Mientras tu mente se desboca, tu sentido del oído pasa al modo de superdetección. En efecto, has oído pasos en el pasillo. Afortunadamente, por la velocidad y el volumen de los mismos, concluyes que sólo se trata de tu hermanito. jQué alivio! Material necesario • •

caja de minipizza .tijeras cartulina .cinta adhesiva .canica .un amigo

Procedimiento Recorta varias tiras de cartulina de alrededor de 3 cm de anchura y abre la caja de la pizza. Dobla y coloca las tiras en forma de círculo, triángulo o cuadrado, asegurando la figura con cinta adhesiva en la base de la caja. Comprueba que ésta se puede cerrar perfectamente. Introduce una canica entre la figura y el borde de la caja. Ahora cierra la caja, dásela a tu amigo y desafíalo a que adivine la forma de la figura «escuchando» cómo rueda la canica. A continuación, intercambiad los papeles, sugiriendo a tu amigo que construya una forma diferente para que tú la descubras.

Razonamiento científico Los sonidos detectados por los oídos se transforman en mensajes nerviosos que se transmiten al cerebro. A medida que éste procesa la información,

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intenta relacionar toda clase de cosas acerca del sonido. Analizando los cambios en la velocidad y volumen de la canica al rodar, puedes imaginar los ángulos en los que se desplaza. Ni que decir tiene que también puedes «hacer trampas» percibiendo la colisión de la canica con la cartulina. Cuando tu cerebro combina toda esta información, construye la forma más probable que debe de tener la figura a partir del rodamiento de la canica.

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MATERIA Y SONIDO Para producir sonido se necesita algo que vibre, y ese algo es la materia, es decir, aquello de lo que está hecho el universo. Pero ¿acaso toda la materia transmite sonido? ¿Existen sólo determinadas partículas capaces de transmitir las ondas acústicas? Vamos a descubrirlo. Material necesario • • • •

tres bolsas de plástico de cierre hermético arena (o también azúcar o harina) agua moneda

Procedimiento Llena de arena la primera bolsa hasta la mitad, estrújala para que salga el aire que haya quedado en su interior Y ciérrala herméticamente. Llena de agua la segunda bolsa también hasta la mitad y haz lo mismo que con la bolsa anterior, es decir, extraer el aire y cerrarla. Asegúrate de que no tenga fugas. Ahora llena de aire la tercera bolsa y ciérrala. Coloca las tres bolsas sobre una mesa. !Pega la oreja a la bolsa de arena y golpea la mesa con una moneda. ¿Qué oyes? Repite la misma operación con la bolsa de de agua. ¿Suena Igual? cambiado él repiqueteo?

¿En que ha sonido del

A continuación sigue golpeando, pero esta vez con la bolsa llena de aire. Compara los tres sonidos.

Razonamiento científico El sonido se transmite a través de partículas que colisionan con otras partículas adyacentes. Los sólidos contienen las partículas más comprimidas, seguidos de los líquidos Y por último los gases, cuyas partículas son las más dispersas. 8

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Cuanto más comprimidas están, mejor se transmite el sonido, y ésta es precisamente la razón por la que el sonido que pasaba a través del sólido y el líquido parecían mucho más fuertes que el que lo hacía a través de aire.

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SONIDO EN UNA SUPERFICIE Seamos críticos. Llena de agua una bolsa de plástico, ciérrala herméticamente, pega la oreja y escucha. ¿Qué tipo de materia ha tenido que atravesar el sonido para llegar hasta tu oído? a) sólido; b) líquido; c) gas. Si has respondido «líquido» has acertado, pero sólo parcialmente, pues en realidad, el sonido también se ha transmitido a través de la propia bolsa. Material necesario • •

reloj de pulsera (de cuerda) bolsa de plástico grande y de cierre hermético

Procedimiento Dale cuerda al reloj, comprueba que funciona, colócalo en una superficie plana y aproxima la oreja a la superficie, a unos 15 cm por encima del reloj. ¿Oyes el tictac? Llena de aire una bolsa de plástico y ciérrala, ponla sobre el reloj y pega la oreja en su superficie. ¿Lo oyes ahora? ¿Por qué?

Razonamiento científico Sin la bolsa, el sonido de tictac sólo se transmitía a través del; aire, y dado que las partículas de aire están muy dispersas, este tipo de transmisión no resulta eficaz. Cuando has utilizado la bolsa llena de aire, las cosas han cambiado. El tictac ha sido absorbido por el plástico, y la . energía acústica se ha transmitido a través de las partículas del plástico a lo largo de la superficie de la bolsa. Dado que las partículas de este sólido están comprimidas, se ha perdido una menor cantidad de energía acústica, produciendo un volumen lo bastante alto como para ser detectado por el oído. Pero no olvides que el sonido total también depende de lo que había en la bolsa, en este caso, aire.

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«PARTY LINE» Imagina cinco fichas de dominó colocadas formando una hilera. Abate la primera y ¿qué ocurre? Muy fácil, la primera ficha golpea y abate la segunda, ésta la tercera, ésta la cuarta, etc. Imagina ahora las diminutas partículas (átomos y moléculas) que componen una cuerda de cometa. De un modo similar, el movimiento se puede transmitir de partícula en partícula, y aunque no' puedes apreciar esta transferencia, sí en cambio puedes observar su efecto simulando una línea telefónica. Material necesario • • •

tres vasos de papel .tijeras cuerda de cometa .tachuela tres clips sujetapapeles .algunos amigos

Procedimiento Con una tachuela, practica un orificio en la base de los tres vasos. Corta un trozo de cuerda de cometa de alrededor de 6 m de longitud. Pasa un extremo a través del orificio de uno de los vasos, coloca un clip sujetapapeles en el extremo de la cuerda que sobresale de la cara interior del vaso y tira de ella hasta que el clip repose plano en la base. Coloca el segundo vaso y su clip correspondiente en el extremo opuesto de la cuerda. Aleja los dos vasos hasta que la cuerda quede tensa. Dile a uno de tus amigos que susurre algo en el interior de un vaso mientras ajustas el otro vaso a una oreja. ¿Oyes lo que está diciendo? Invertid los roles. ¿Oye ahora tu amigo lo que estás susurrando? A continuación corta un trozo de cuerda de 3 m de longitud y ajusta un vaso y un clip en un extremo de esta línea, atan- do el extremo libre en el centro de la línea que une los otros dos. ¿También funciona esta línea a tres? ¿Cuántas extensiones podrías añadir?

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Intenta adivinarlo y luego invita a algunos amigos a construir una «red telefónica» más compleja. Razonamiento científico Cuando una persona habla en el vaso-micrófono, el movimiento del aire incide en la base sólida del mismo y la hace vibrar. Esta energía de vibración se transmite a la cuerda, y al igual que ocurre en el caso de las fichas de dominó, los átomos de las cuerdas transmiten las vibraciones de átomo en átomo. Por último, las vibraciones llegan a los vasos-escucha, transmitiendo los movimientos de la cuerda a la base de los vasos, los cuales, a su vez, ponen en movimiento el aire que hay en el interior del vaso. Cuando esta vibración llega al tímpano, detectas el sonido.

jCOMPRUÉBALO! ¿Qué opinas? ¿El cable metálico o alambre es un mejor o peor conductor del sonido? Verifícalo.

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PERCHA ¿Qué puedes hacer con una percha? jClaro! Colgar la ropa. Y si eres hábil en las manualidades, podrías modelar toda clase de esculturas y herramientas. Pero ¿sabías que también puedes construir un asombroso dispositivo productor de sonido? Veamos cómo. Material necesario • • • • • • •

percha metálica dos vasos de papel cuerda de cometa tijeras cuchara metálica tachuela dos clips sujetapapeles

Procedimiento Con una tachuela, practica un orificio en la base de un vaso de papel, corta dos trozos de cuerda de cometa de 60 cm de longitud, ensarta uno de ellos en el orificio y ata el extremo que sobresale por la cara interior del vaso con un clip sujetapapeles. Repite la misma operación con otro vaso. Cuando hayas terminado, deberías tener dos dispositivos de escucha, a modo de auriculares cortados de un teléfono de cuerda . Ata los extremos sueltos de cada trozo de cuerda al mango de una percha metálica y ajusta los vasos a las orejas, asegurándote de que la percha cuelga libremente. Dile a un amigo que golpee la percha con una cuchara metálica u otro objeto similar. ¿Qué oyes?

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Razonamiento científico El sonido se transmite muy bien a través de materiales sólidos. Al golpear la percha con la cuchara, ha vibrado. Estas vibraciones se han transmitido a cuerda, la cual ha transportado los movimientos de vaivén hasta los vasos, cuya base, al vibrar, ha puesto el aire en movimiento. Cuando las partículas de aire han vibrado en el interior del vaso, han incidido en el tímpano y has percibido este movimiento en forma de sonido. Dado que el sonido ha viajado a través de una materia sólida (la cuerda), contenía una buena parte de su energía original y ha producido un ruido que ha sonado como el tañido de una enorme campana.

jCOMPRUÉBALO! ¿Cómo podría influir en el sonido una percha revestida de plástico? Intenta adivinarlo y luego experiméntalo.

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GLOBO Pon la mano en la garganta y tararea una canción con la boca cerrada. ¿Qué sientes? ¿Puedes detectar algún cambio en la vibración al variar el timbre, y el volumen de las notas? En el interior de la garganta hay un órgano llamado “caja vocal”, que está compuesto por bandas de tejido muscular (“cuerdas vocales”). Al igual que otros músculos, las cuerdas vocales se pueden dilatar o contraer. Cuando el aire pasa sobre estos músculos, su tensión «modela» el sonido que creas. Material necesario •

globo

Procedimiento Hincha un globo y sujeta la abertura para que no escape el aire. Sin dejar de sujetarlo, pinza los dos lados de la boquilla, y luego, lentamente, afloja la sujeción para dejar escapar un flujo controlado de aire. A continuación, ensancha un poco más la abertura. ¿Qué ocurre con el tono? Suelta la presión en la boquilla del globo y deja que el material se dilate. ¿Cómo influye en el tono? Razonamiento científico La boquilla es un modelo de tus cuerdas vocales. El aire que pasa a través de ella hace vibrar el material elástico, y esta vibración produce sonido. Cuando la abertura se estrecha, el material vibrante se tensa, y este cambio produce una nota más aguda. Por el contrario, cuando el material de la boquilla del globo se dilata, el tono es más grave. Alterando la tensión en la boquilla puedes producir una escala de notas. 15

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BOTELLAS ACÚSTICAS Al igual que los clarinetes y saxofones, las flautas son instrumentos de viento. Sin embargo, la columna de aire de la flauta no se pone en movimiento mediante una lengüeta vibratoria, sino que el flautista tiene que soplar a través de la abertura de la boquilla. Cuando el chorro de aire fluye a través de este orificio en ángulo recto, produce un suave «silbido», que al viajar a través del cuerpo del instrumento genera los ricos y cálidos tonos de la flauta. Material necesario • • • •

varias botellas de refresco vacías agua regla

Procedimiento Limpia y seca un recipiente vacío de refresco, colócalo en posición vertical, pega el labio inferior en el borde de la abertura, curva el labio superior de manera que dirija una corriente de aire en la abertura y varía la fuerza del chorro de aire (y su ángulo) hasta conseguir un sonido regular. Llena de agua otra botella hasta la mitad. Antes de soplar, haz una apuesta. ¿Será más aguda o más grave el tono de la nota producido con la botella vacía? Verifícalo.

ACORDE: Con tres botellas idénticas y tres amigos dispuestos a colaborar, puedes crear un agradable acorde musical. Deja una botella vacía, llena otra de agua hasta un quinto de su capacidad, y la tercera hasta un tercio. «Sopla» las tres notas a un tiempo. Es posible que tengas que «afinar» un poco las botellas, añadiendo o quitando agua, según convenga.

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Razonamiento científico Al soplar en la botella, el aire se pone en movimiento, y cuando las partículas de aire se desplazan en vaivén, forman una onda acústica. Este sonido surge del cuello de la botella a modo de nota musical. El agua que has añadido a la botella ha ocupado una parte del espacio de aire. Al elevarse en nivel de agua, la columna de aire se ha acortado y ha producido un sonido más agudo.

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XILOFÓN Do-re-mi-fa-sol-la-si-do. Lo has adivinado, es la escala musical. Aunque tal vez no lo sepas, la escala está construida a partir de una relación matemática que establece la pauta de separación entre una nota y la siguiente. Supongamos que uno de los tubos de un órgano, de 50 cm de longitud, produce la nota Do. Si utilizaras otro de tres cuartos de su longitud (37,5 cm), producirías la nota Fa, y uno de tres quintos del tubo «do» (30 cm), produciría un La.

Material necesario • varios vasos de cristal idénticos • cuchara metálica • regla

Procedimiento Pon un vaso sobre una mesa y golpéalo con una cuchara. ¿Qué oyes? Ahora coloca otro vaso junto al primero y llénalo de agua hasta la mitad. Antes de golpearlo, intenta adivinar el sonido que producirá. ¿La nota será más aguda o más grave que la del vaso vacío? Verifícalo.

RELACIÓN MATEMÁTICA: ¿Qué tal eres en fracciones? ¿Lo suficiente como para construir una escala musical? Vamos a comprobarlo. Puedes construir una escala llenando de agua vasos idénticos hasta determinados niveles. A continuación encontrarás una lista en la que se detalla la altura del nivel de agua hasta el que debes llenarlos.

RECUERDA: Muy probablemente tendrás que afinar los tonos añadiendo o quitando agua.

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Vaso lleno de agua

nota Do

Vaso lleno de agua hasta 8/9

nota Re

Vaso lleno de agua hasta 4/5

nota Mi

Vaso lleno de agua hasta 3/4

nota Fa

Vaso lleno de agua hasta 2/3

nota Sol

Vaso lleno de agua hasta 3/5

Nota La

Vaso lleno de agua hasta 8/15

Nota Si

Vaso lleno de agua hasta 1/2

Nota Do

Razonamiento científico Al golpear el vaso con la cuchara, el agua y el vaso empiezan a vibrar. Este movimiento de vaivén se transmite al aire que llena el vaso y, por último, las vibraciones del aire llegan hasta el oído. Al añadir agua, la cantidad de material vibratorio original aumenta. Al haber más material para vibrar (agua y vaso), el sonido es más agudo. Aunque los ratios de las longitudes de las notas son exactos, la forma y el material de que está fabricado el vaso influyen en la tonalidad. De ahí que tengas que afinar las notas.

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VASO CANTARÍN ¿Verdadero o falso? Sólo las copas de cristal tallado «cantan» al frotar el borde. Respuesta: iDescúbrelo tú mismo! Material necesario • copa ordinaria de asa delgada y pie circular • yemas de los dedos húmedas Procedimiento Pon una copa sobre la mesa, humedece la yema de los dedos índice y corazón, apóyalos en el borde de la copa y sujétala con la otra mano. Lentamente, desplaza las yemas por el borde, asegurándote de que se mantienen permanentemente en contacto con la copa. Si se te secan, humedécelas de nuevo. El borde de la copa debe estar húmedo, aunque no empapado. Cuando el contacto entre los dedos y el borde alcanza la tensión correcta, la copa empezará a «cantar». Llena de agua la copa hasta la mitad e intenta hacerlo «cantar». ¿En qué se diferencia su sonido del que producía la copa vacía? ¿Podrías explicar la causa de tus observaciones? ADVERTENCIA No uses una copa desconchada o agrietada. Razonamiento científico Al frotar el borde con el dedo, la copa vibra, y estas vibraciones se transmiten al aire que llena la copa. Cuando la columna de aire vibrante se desplaza hacia el exterior, percibes el sonido a modo de nota musical. . Al añadir agua a la copa, se incrementa la cantidad de materia, y al frotar el borde, el material de la copa y el agua se ponen en movimiento. Cuando una

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mayor cantidad de materia vibra, se produce un movimiento de vaivén más lento. Esta vibración se transmite al aire del interior de la copa, que se desplaza hacia el exterior en forma de sonido de tono grave. jCOMPRUEBALO! ¿Por qué las copas con asa «cantan» mejor que los vasos ordinarios sin asa?

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LATIDOS «jVaya! jEstá frío! ¿De dónde lo has sacado? ¿Del congelador?» Un estetoscopio es un dispositivo que capta el sonido. La sección encargada de detectarlo está formada por una especie de medallón plano. Los sonidos que capta esta superficie se transmiten a través de un tubo hasta la sección emisora del aparato, y una vez allí, salen del tubo y llegan hasta el oído del médico. Material necesario • •

dos embudos tubo de plástico de 30 cm de longitud

ADVERTENCIA jNo introduzcas nunca un objeto en el oído! En este experimento, el embudo se debe ajustar alrededor del pabellón auditivo.

Procedimiento Encaja cada extremo del tubo de plástico en la abertura estrecha de un embudo. Para verificar el perfecto funcionamiento del dispositivo, coloca uno de los túneles contra la pared. El borde de la abertura ancha del embudo debe acoplarse plano en la superficie de la pared. Ajusta la abertura ancha del otro embudo alrededor de la oreja y da un golpecito en la pared. ¿Qué oyes?

Ahora pon uno de los embudos sobre el corazón, asegurándote de que el borde se apoya plano sobre la piel. Ajusta el otro embudo en la oreja, como antes. ¿Qué oyes? Sigue escuchando. Inspira profundamente. ¿Oyes el aire viajando a través de tus pulmones? 22

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Razonamiento científico El corazón es un músculo muy poderoso. Cuando se contrae, bombea sangre a través de los vasos sanguíneos del cuerpo, y para asegurar un bombeo unidireccional, una serie de válvulas se cierran y bloquean el retorno del flujo sanguíneo. Pues bien, el cierre de estas válvulas en el interior del corazón produce el sonido que se conoce como «latido cardíaco». Cuando esta vibración viaja a través del cuerpo, se dispersa, y el gran colector del estetoscopio detecta y concentra estos sonidos. Al llegar al oído, las vibraciones se detectan en forma de sonido.

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ONDAS DE RADIO ¿Sabías que la!, ventanas hablan? Pues sí, bla, bla, bla, bla y bla. Bueno, no exactamente, aunque lo cierto es que algunas superficies, tales como las ventanas, vibran con la voz humana. Hace años se descubrió que los espías controlaban la vibración de las ventanas con un equipo de alta tecnología. Aunque el movimiento era mínimo, podía ser detectado por un rayo de luz láser. Analizando el haz luminoso reflejado, el equipo podía distinguir las palabras de quienes estaban hablando en secreto.

Material necesario • vaso de cristal • pared • radio

Procedimiento Elige un tabique sólido que separe dos habitaciones, pon una radio en una de ellas a bajo volumen, cierra la puerta y dirígete a la habitación contigua. Coloca un vaso de cristal en la pared, de manera que el borde quede ajustado y plano en la superficie. Sostenlo en esta posición y aplica la oreja a la base del vaso. ¿Qué oyes? Desplaza por la pared el dispositivo de escucha. ¿Transmiten sonidos más fuertes algunas áreas?

Razonamiento científico La radio produce ondas acústicas que se dispersan en la habitación y que, al incidir en la pared, crean vibraciones prácticamente inapreciables. En la habitación contigua, las vibraciones no se podrían detectar sin la ayuda del vaso. Aunque la pared se movía adelante y atrás, dicho movimiento era demasiado escaso como para producir una onda acústica apreciable.

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Al colocar el vaso en la pared, la «onda de aire» ya no es necesaria. El movimiento de la pared se transmite directa- mente al vaso, y desde allí, las vibraciones viajan directa- mente hasta el oído, donde se interpretan en forma de sonido.