Copas: cómo usarlas para enseñar física

Publicado el 27 de Septiembre de 2018 | Física y Química

La experimentación es una forma directa y amena de enseñar conceptos que pueden resultar a veces complejos. Hay muchas experiencias caseras o planes sencillos diseñados para laboratorios que os pueden hacer pasar un rato divertido en clase o en una sobremesa, ¡cualquier momento es bueno para hablar de física! No es necesario un gran despliegue para poder ilustrar principios entretenidos sobre acústica y ondas. ¿Para qué más, además de beber, se puede utilizar una copa? ¿Existe la forma de romperla sin golpearla o tirarla al suelo?

Es bien conocido el experimento que involucra copas de cristal y agua. Es tan fácil como llenar una copa con agua, mojarse la punta de un dedo y pasarlo por el borde del recipiente dibujando círculos. Frotando suavemente y despacio el cristal con el dedo húmedo hace que la copa vibre y que se escuche un sonido ligero. El sonido emitido depende de diversos factores como el tamaño de la copa o el volumen de líquido añadido que, cuanto mayor es (cuanta más agua se vierta), más baja la frecuencia de vibración, haciendo el sonido más grave. El tono emitido se puede controlar para producir los sonidos que buscamos: se puede rellenar una copa parcialmente hasta afinar una nota musical determinada. ¿Alguna vez has probado a crear una orquesta compuesta por copas en lugar de por instrumentos?

El cristal tiene una estructura capaz de oscilar. Esa capacidad de oscilación es propia de cada copa, y es la que produce el sonido de campana cuando la golpeamos con un cubierto, por ejemplo. Al frotar el borde de la copa, esta vibra y entra en resonancia, que es un fenómeno físico que se produce cuando se somete un cuerpo vibrante a la acción de una fuerza periódica. Al llenar las copas con cantidades distintas de agua, cada una oscilará según una frecuencia que determina la nota que sonará.

Pero hay que tener cuidado con las frecuencias de vibración y la resonancia… ¿te suenan las imágenes de una soprano rompiendo una copa de cristal con su voz? Ajustando el tono a la frecuencia característica de vibración del objeto de cristal, este adquiere energía hasta que la amplitud es tan grande que supera el límite elástico, rompiendo el recipiente. Y lo mejor de todo es que no hace falta ser cantante profesional para hacer este experimento: una persona que no haya entrenado la voz también puede romper una copa de esta forma. Lo único que hay que conocer es la frecuencia de resonancia... ¡además de tener algún sistema de protección y de habilidad experimental!

En este vídeo de Physics Girl se explica más sobre la teoría de ondas que hay detrás de estas vibraciones. Propone símiles visuales y fáciles de entender para hacer entender el movimiento de un cuerpo que vibra aumentando de forma progresiva la amplitud de sus oscilaciones a medida que se va aplicando fuerza en acciones sucesivas. El siguiente paso, si se quiere llevar al aula, es proponer los modelos matemáticos de la ciencia que hay detrás de la práctica.

Por Marta Seror