Universidad Politécnica de Cartagena

Descripción detallada de la actividad: La naturaleza física está gobernada en última instancia por fenómenos ondulatorios, desde la mecánica ondulatoria de las partículas más pequeñas (física cuántica), hasta las leyes que rigen el universo a gran escala (ondas gravitacionales). Si bien una onda se define como una propagación de una perturbación de cualquier propiedad física a través del espacio y el tiempo, en nuestra escala estamos más acostumbrados al mundo material que al ondulatorio. Las ondas se muestran como entes abstractos y no tangibles. Sin embargo, muchos de los fenómenos y tecnologías de nuestra vida cotidiana, son gobernados por ondas de todo tipo: luminosas, elásticas, electromagnéticas, acústicas… En esta actividad se intentará acercar la naturaleza de las ondas a nuestros sentidos usando sencillos experimentos, que nos permitirán entender sus propiedades distintivas tales como la interferencia, la reflexión, la difracción y la refracción.

El taller pretende llamar la atención de la audiencia mediante varias actividades interactivas, aptas para prácticamente cualquier edad, basadas principalmente en experimentos con ondas acústica y electromagnéticas. A continuación, una vez se despierte la curiosidad y captada la atención, se ofrecerá la base científica para que los visitantes pueden llegar a entender las propiedades las ondas electromagnéticas, su generación, propagación, y la importancia en las múltiples aplicaciones de los modernos sistemas de comunicaciones.

Las actividades propuestas son las siguientes:

– El theremín, originalmente conocido como eterófono, thereminófono, termenvox o thereminvox, surgió en el año 1930 y se puede considerar el primer instrumento musical electrónico. que se controla sin necesidad de contacto físico del intérprete o thereminista con el instrumento. El instrumento está formado por dos antenas metálicas (una recta y vertical, la otra en forma de bucle) y una caja que contiene un oscilador y los dos circuitos principales que permiten el funcionamiento: circuito de tono y de volumen. Gracias a las antenas y al efecto del cuerpo humano sobre los campos electromagnéticos, el instrumento “detecta” la posición relativa y movimiento de las manos del thereminista debido al acoplo electromagnético, de esta forma se puede influir en los osciladores para controlar la frecuencia con una mano y la amplitud (volumen) con la otra. Las señales eléctricas del theremín se amplifican y se envían a un altavoz que emitirá los sonidos musicales.

– El metrónomo es un aparato utilizado para indicar el tiempo o pulso de las composiciones musicales. Mediante un movimiento mecánico produce una señal permanente, estable visual y/o acústica que permite a un músico mantener un pulso constante al ejecutar una obra musical o afinar instrumentos. La actividad consistirá en poner en movimiento a la misma frecuencia a varios metrónomos idénticos. Después se comprobará cómo si éstos están situados sobre una superficie rígida, cada metrónomo seguirá su movimiento de forma independiente, manteniendo la frecuencia pero cada uno con su respectiva fase. Sin embargo, al colocarlos sobre una superficie que permita cierta flexibilidad o desplazamiento mecánico (como cilindros circulares) se producirá en unos segundos la sincronización en fase del movimiento de todos los metrónomos.

El cambio de superficie permite que la oscilación del metrónomo se propague por la superficie a través de vibraciones mecánicas, produciéndose un intercambio energético debido al movimiento sobre la base, y luego de ésta sobre los metrónomos. Entonces el sistema tiende a un estado de mínima energía cuya consecuencia es la sincronización en fase de los metrónomos. Los visitantes experimentarán con conceptos como modos de sincronía, propagación y acoplo. Otros ejemplos similares de sincronización presentes en la naturaleza son, por ejemplo, vuelos de ciertas aves que logran increíbles olas o bancos de peces.

– Naturaleza de los colores: Presentación del disco de colores rotatorio y el prisma de Newton. Observación como los distintos colores puedes combinarse para obtener el blanco (mezcla de colores aditiva, multiplexación) y el sentido inverso, como una luz blanca puede descomponerse en varios colores (descomposición de la luz).

– Experimentos de refracción con vasos, lápiz, globos, lupa, agua y aceite. Compuesto por varias actividades sencillas:

• Introducción de un lápiz en un vaso transparente medio lleno de agua. Por la difracción de la luz, el lápiz aparenta estar partido en dos. Si se añade aceite, parecerá estar partido en 3. Efecto debido al distinto índice de refracción del aire o de los líquidos utilizados.
• Vaso de agua funcionando como lente convergente: en cartulina dibujar una flecha y distintas palabras. Observar como si miramos la cartulina a través del vaso la flecha o letras se muestran alteradas (invertidas) con respecto al dibujo original.
• Moneda que aparece/desaparece: colocar moneda en fondo de taza opaca o bajo vaso de cristal. Comprobar como según se llena de agua la moneda puede verse/desaparecer por efecto de la difracción.
• Enfocar luz del Sol con lupa a globos de distinto color: observar el efecto según se trate de colores claros u oscuros.

– Experimentación con el guiado de la luz: Uso de un puntero láser para generar la señal de luz y enfocarlo en modelos de fibra óptica recto y curvo. Demostración de como la propiedad de refracción y reflexión total de la luz permite la propagación de señales.

– Aplicación a las comunicaciones ópticas: transmisión de una señal de voz mediante el kit de demostración de comunicaciones ópticas.

Interacción con el visitante: Durante el taller se mostrarán varios aspectos a los visitantes de manera secuencial. Los pasos generales serán los siguientes: se comenzará con la descripción de la actividad interactiva y se promoverá que la audiencia prediga lo que sucederá para despertar el interés por la parte experimental. Después, se facilitará al público la interacción con los elementos propios de cada actividad. Tras comparar los resultados obtenidos con las predicciones y haber despertado la curiosidad, por último, se explicará la base científica tras cada actividad.

Se prepararán cartulinas con diagramas y su explicación técnica que facilite la comprensión de cada una de las actividades propuestas.

Los visitantes podrán disponer de lápices o usar el puntero láser para experimentar con la refracción de la luz. Asimismo, podrán hablar por el micrófono y escuchar su voz tras los fenómenos de transmisión, propagación por fibra óptica y fotodetección.