Introducció

El so és un exemple d’ona mecànica que habitualment es propaga per l’aire. A causa de la propagació de la compressió i la dilatació de l’aire, un observador que es trobi a una certa distància de la font sonora és capaç de detectar el so. L’oïda és l’òrgan de què disposem els humans per detectar els sons. El timpà, en rebre un estímul a través de l’aire, vibra i aquesta vibració es transforma en un senyal elèctric que és conduït pel nervi auditiu fins al cervell, que interpreta el so.
Les principals característiques de les ones sonores són, com en qualsevol altre tipus d’ona, la freqüència (f) i l’amplitud (A). La freqüència diferencia els sons entre ells i l’amplitud determina la intensitat amb què els percebem.
Quan dos o més senyals acústics coincideixen en l’espai, les ones es combinen i l’ona resultant és la suma algebraica de les ones individuals. Aquest fenomen es coneix com a interferència. Si les dues ones iguals interfereixen amb un desfasament igual a zero, l’amplitud de l’ona resultant es 2A, i es diu que es tracta d’una interferència constructiva. Si el desfasament fos de 180º, l’amplitud resultant seria zero, i s’anomenaria interferència destructiva.
Aquest fet es pot visualitzar en la miniaplicació Interferències de ( http://www.fislab.net). Vegeu la figura 1.

En l’esquema del costat (figura 2) podem observar una interferència positiva. En aquest punt l’oscil·lació (ona negra) té una amplitud 2A com a resultat de la superposició de dues ones d’amplitud A (ones blava i vermella).

Si el desfasament és de 180º, com en la figura 3, es produeix una interferència destructiva (ens trobem en un punt nodal) i l’oscil•lació és pràcticament nul•la (ona negra) malgrat que també hi ha superposició de dues ones d’amplitud A (ones blava i vermella).

Orientacions per al professorat

Aquesta és una experiència de gran format, de manera que es proposa fer-la a l’exterior i col•laborant conjuntament tot el grup classe. Tot i això, també es pot adaptar per fer-la dins d’una aula (movent les taules i cadires per deixar un espai prou ampli).
Si es fa a l’exterior, cal disposar d’un portàtil (amb l’Audacity instal•lat) i dos altaveus que es puguin separar entre ells uns quatre metres. Si fem l’experiència en una aula, aleshores podem aprofitar la instal•lació acústica però, si el sistema té més de dos altaveus, caldrà desconnectar-ne alguns per aconseguir que només en funcionin dos.
Cal tenir molta cura a localitzar els punts nodals i els punts d’interferències constructives per poder finalment enllaçar-los i obtenir el dibuix de les línies d’interferència.
Tot i que es proposa guixar el terra, també es pot fer l’experiment situant alguns tipus d’objectes diferents per als nodes i els punts d’interferència constructiva (per exemple, peces de Lego blaves i verdes). Es pot acabar construint les línies amb cintes (o cordills) que enllacin els diferents objectes.
La proposta de treballar amb els colors blau i verd facilita la comparació dels resultats obtinguts amb la miniaplicació Interferències de que s’utilitza.

En la seqüència de fotografies següent es pot observar com fa l’experiència l’alumnat de primer de batxillerat de l’Institut Coll i Rodés de Lloret de Mar durant el curs 2010-2011, i el resultat final.

Treballareu en grups de quatre o cinc alumnes i en un espai gran on pugueu dibuixar al terra amb guixos (la pista d’esports, per exemple).
Disposarem uns altaveus connectats a un ordinador i separats entre ells uns 4 metres (400 cm) de distància. Convé situar els altaveus a una alçada equivalent a la de la orella de la persona que l'escolta. L'estudi el farem sobre aquest pla horitzontal (altaveus-observador, vegeu la figura 9), encara que ens serà comode fer senyals de guix al terra.
Tal com es veu en la figura 8, volem obtenir sis línies nodals (tres simètricament, de color verd en la figura) i quatre línies d’interferència constructiva a més de la línia central (de color blau).
Utilitzeu la miniaplicació Interferències de per trobar la longitud d’ona adequada per al nostre objectiu. A partir d’aquesta longitud d’ona haureu de calcular la freqüència del so que generareu amb el programari Audacity.
Nota: la miniaplicació treballa amb les distàncies en metres, però per adequar-ho a la nostra situació podeu suposar que totes les mesures són en centímetres, incloent-hi la de la longitud d’ona que trobareu.

Amb l’ajuda de la cinta mètrica, dibuixarem al terra amb el guix blanc una paral•lela a la recta que uneix els dos altaveus i a una distància de 2 m, tal com es veu en la figura 8.

Ens mourem al llarg de la paral•lela per tal de determinar la posició dels punts d’interferència constructiva i els marcarem amb el guix de color blau. En detectarem la localització per la intensitat més elevada del so.
Si volem precisar la posició dels punts, hem de caminar de cara a la línia dibuixada i tapar-nos l’orella oposada als altaveus.
Farem el mateix per determinar els punts d’interferència destructiva (nodes), que localitzarem per la intensitat feble (hauria de ser nul•la) del so; els marcarem amb el guix de color verd.
Repetiu el mateix procediment per a paral•leles situades a 3, 4 i 5 metres de distància (vegeu la figura 9).

Dibuixeu les línies nodals alineant els punts verds consecutius començant a partir de l’eix de simetria. Enumereu-les de forma simètrica: 1, 2 i 3.

Punt 1

Punt 2

Punt 3

Interferència constructiva central 0

Interferència constructiva 1

Interferència constructiva 2

Punt 1

Punt 2

Punt 3

Interferència constructiva central 0

Interferència constructiva 1

Interferència constructiva 2

7) Si manteniu la distància entre els altaveus, pronostiqueu un punt d’interferència constructiva i un de destructiva d’un so que té una longitud d’ona de 3 m. Verifiqueu la vostra predicció amb el generador de sons.

Ens situem, per exemple, en un punt a 2 m metres d’un altaveu i a de l’altre altaveu, així estarem damunt una línia d’interferència constructiva (n=1).
Per trobar un node ens podem situar, per exemple, a 2 m d’un altaveu i a de l’altre. Les dues ones ens arriben desfasades mitja longitud d’ona i per tant estarem en un node.

ISSN: 1988-7930 DL:  B-31773-2012   Adreça a la xarxa: www.RRFisica.cat    Adreça electrònica: redaccio@rrfisica.cat  difusio@rrfisica.cat
Comitè de redacció : Josep Ametlla, Octavi Casellas, Xavier Jaén, Gemma Montanyà, Octavi Plana, Jaume Pont.
Treballem conjuntament : Societat Catalana de Física, Associació de Professores i Professors de Física i Química de Catalunya,XTEC, Universitat Politècnica de Catalunya, Universitat de Barcelona

Recursos de Física col·labora amb la baldufa i també amb ciències Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària (Edita: CRECIM-UAB)