INTRODUCCIÓN

Metodológicamente, el aprendizaje de la ciencia se favorece con el desarrollo de habilidades y destrezas en la utilización de procesos científicos tales como la observación, la medición, la clasificación, la experimentación, ya que ellas proporcionan oportunidades para participar en labores propias de la ciencia, y convertirse así en los protagonistas principales del proceso de aprendizaje (Páez, 2015).
Como plantean Knight; Vega & Ramos, (2018) los estudiantes deben asumir con responsabilidad su formación para que puedan resolver los problemas que se presentan en su práctica laboral que le permiten el perfeccionamiento de su accionar cotidiano desde una perspectiva innovadora.
En tal sentido Alarcón, (2015) plantea que “todos nos enfrentamos al reto de elevar la calidad, la eficiencia y la pertinencia de la formación universitaria, sin que una sea a expensas de la otra. Se trata de formar un profesional competente, innovador y con compromiso social” (p. 3).
Dentro de la preparación docente y como parte de la formación profesional en las universidades, las prácticas de laboratorio juegan un papel fundamental; pues garantizan el desarrollo de habilidades experimentales para desarrollar, reforzar y comprobar los fundamentos teóricos adquiridos previamente, empleando los medios necesarios para ello (Torres, 2012); (Camelo, 2019).  
En el artículo 112 de la Resolución No. 210 del 2007 del Ministerio de Educación Superior (MES, 2007), se define a la práctica de laboratorio como
el tipo de clase que tiene como objetivos que los estudiantes adquieran las habilidades propias de los métodos y técnicas de trabajo y de la investigación científica; amplíen, profundicen, consoliden, generalicen y comprueben los fundamentos teóricos de la disciplina mediante la experimentación, empleando para ello los medios necesarios (p.18).

Estas prácticas de laboratorio contribuyen significativamente al proceso de formación profesional.
En consonancia con este aspecto MES, (2016) plantea que
la formación del profesional es necesariamente una interacción del proceso docente educativo de la carrera con la vida profesional y social con un enfoque científico, lo que exige crear las bases en el diseño para prever espacios donde se materialice el uso social del conocimiento mediante la práctica laboral como parte de su formación, aportando así a la solución de problemas sociales, culturales, económicos y ambientales; así como, contar con las flexibilidades que permitan adaptar el contenido de estas prácticas a las necesidades de los territorios (p.34).

Atendiendo a la definición anterior, se evidencia que la presencia de los medios necesarios es imprescindible para el desarrollo de la actividad y el logro de sus objetivos (Hernández & Pérez, 2018).
En tal sentido la presente investigación muestra la contribución a la formación del profesional a partir de la creación de medios que permitirán el desarrollo de prácticas de laboratorio vinculadas a los estudios del sonido en la Universidad de Matanzas.

 

METODOLOGÍA Y MÉTODOS

La necesidad y ventajas de la creación de materiales didácticos para la enseñanza de fenómenos físicos ha sido ampliamente estudiada (Avella, et al., 2017; Cerón, et al., 2013; Castro, et al., 2014; Cuervo & Ballesteros, 2017).
Los elementos de diseño y construcción que deben presentar los medios que se proponen elaborar se describen a continuación:
Tubo de Kundt
El tubo de Kundt original era un cilindro transparente de altura mucho mayor que el radio, colocado horizontalmente, con una pequeña cantidad de polvo en su interior (Novara, et al., 2019).
Fue utilizado en sus orígenes para el estudio de las ondas estacionarias y para la determinación de la velocidad del sonido, pero en la actualidad su utilidad continúa en distintas aplicaciones como la medida del coeficiente de absorción de algunos materiales, así como, la visualización en su interior de ondas estacionarias. 
El tubo de Kundt permite medir las propiedades acústicas de diferentes materiales por medio de muestras del mismo (probetas), resultando un método altamente confiable, que permite calcular el coeficiente de absorción y pérdida por transmisión del ruido de cada material (García et al., 2016).
Para la construcción del Tubo de Kundt se tuvo en cuenta todos los elementos requeridos para su diseño mediante el empleo de diferentes materiales disponibles que se describen a continuación.
Se desea que el equipo no sea muy voluminoso, si el tubo es demasiado largo, es decir entre 2 metros o más, se hace complicado su almacenamiento e incluso su operación pues se requieren lugares abiertos y el prototipo está pensado para operarse dentro de laboratorios cerrados cuyas dimensiones no son tan extensas.
Se cuenta con un tubo cilíndrico de vidrio transparente de longitud 132.5 cm, un diámetro interior de 4.4 cm y exterior de 4.8 cm que permite la visualización de lo que sucede en su interior. Se cumple con el requisito de que la longitud debe ser al menos diez veces el diámetro.
El tubo es sujetado por una base de madera de longitud 60 cm y altura 13 cm, que cuenta con 2 soportes que hacen función de apoyo para el tubo.
Se dispone de una bocina como fuente sonora que se acopla en un extremo del tubo, con la potencia e impedancia adecuadas para el amplificador.
Esta fuente está conectada a un amplificador de potencia capaz de alimentar a la bocina para que esta transmita las frecuencias que se desean estudiar a través del tubo; se le puede conectar por medio de un cable auxiliar cualquier dispositivo que emita niveles de frecuencia. En este caso se utiliza un celular con la aplicación móvil “Generador de Frecuencia” para sistema operativo Android que permite emitir niveles de frecuencia hasta 22000Hz.
En el interior del tubo se introducen bolitas de polietileno, material que por sus características físicas es idóneo para la realización de experimentos con este equipo por su peso liviano y pequeño tamaño. Estas se acumulan al formarse ondas estacionarias, apreciándose los nodos y vientres para determinadas frecuencias.
Para una mejor funcionalidad del equipo se construyó un pistón ajustable que cierra el tubo en el otro extremo y hace posible variar su longitud y encontrar los largos efectivos para los cuales se desarrollan ondas estacionarias. Además, es posible retirarlo completamente en los casos en que sea necesario realizar pruebas con uno de los extremos abierto.
Requerimientos de los componentes del equipo
Según Rodríguez, (2009) para la mayoría de los amplificadores comerciales, estos se diseñan para operar con voltajes positivos de al menos 12 [V] o simétricos de +-6 [V], llega incluso a alimentaciones de hasta 32 [V].
Se decidió implementar en el equipo el amplificador TDA 7057AQ que requiere una alimentación de entre 4.5 y 18 [V]. Se cuenta con un transformador de 12 [V] y 3 [A], lo que hace factible su utilización como fuente de alimentación del amplificador.
El TDA7057AQ es un amplificador capaz de suministrar hasta 22.5 [W], Esto depende de la alimentación y la bocina que se emplee.
Además, se cuenta con una bocina de 6[W] de potencia y una impedancia de 8 Ω, la cual es compatible con las especificaciones del amplificador.

Esta es la corriente teórica que la bocina puede soportar. De acuerdo con las especificaciones del TDA 7057AQ, tratándose de una bocina de 8 Ω y con una alimentación de 12 [V] la potencia será aproximadamente 5 [W].
Con esta nueva potencia práctica del amplificador:

Por lo que la bocina soporta esta corriente sin dificultad.
Este valor está por debajo de la corriente que puede suministrar la fuente (3 [A]) de modo que el amplificador y la bocina operarán sin problemas y sin riesgo de daños.
Conchas acústicas
Una concha acústica es un elemento arquitectónico utilizado para reflejar el sonido generado en su interior hacia la zona de audiencia, presenta generalmente una forma cóncava en forma de concha que permite focalizar la energía acústica lo que provoca que se refuerce naturalmente el nivel de presión sonora emitido por un orador, cantante o músico ubicado en el escenario, ya sea al aire libre o en un local cerrado; también puede ser una cámara desmontable que sirve para albergar representaciones sinfónicas y está formada por paredes laterales, pared de fondo y techo realizados en material reflector acústico, y que se dispone alrededor de la orquestra (Araújo et al., 2018); (Martín & Maderuelo, 2018).
Se seleccionó el estudio de Aguirre (2002), los resultados de esta investigación fueron tomados como referencia para la construcción de dos conchas a diferentes escalas que permitan estudiar el comportamiento de las ondas sonoras y la efectividad de este método de control acústico.
Para la construcción de las maquetas se emplearon escalas de 2:100 donde 2 cm representan un metro y de 8:100 donde 8 cm representan un metro. En la tabla 1 se muestran las dimensiones reales del caso de estudio y las dimensiones de la maqueta a escala de 2:100 que se construyó.

Tabla 1. Determinación de las dimensiones de la maqueta a escala de 2:100

Fuente: elaboración propia.

Por otra parte, se decide construir una concha acústica con un escalado superior (8:100) que permita una concha de dimensiones superiores y de mayores facilidades a la hora de realizar determinados experimentos para validar su funcionamiento. En la tabla 2 se muestran las dimensiones reales del caso de estudio y las dimensiones de esta concha acústica.

Tabla 2. Determinación de las dimensiones de la concha acústica a escala 8:100

Fuente: Elaboración propia

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tubo de Kundt
Con la ayuda del software AutoCAD se dibujaron las vistas correspondientes al diseño del equipo, las cuales muestran las medidas de los elementos que lo conforman.
Figura 1. Vista frontal del equipo

Fuente: Elaboración propia.

Figura 2. Vista lateral del equipo

Fuente: Elaboración propia.

 Figura. 3 Vista superior del equipo

Fuente: Elaboración propia.

Finalmente, al ensamblar los distintitos componentes se obtuvo el equipo tal y como se muestra en la siguiente figura.
Figura. 4 Tubo de Kundt       

  Fuente: Elaboración propia.
Conchas Acústicas
Para comenzar la construcción de las maquetas se confeccionaron las 4 partes de las conchas acústicas en madera, las cuales cumplen los requisitos de dimensiones y ángulos correspondientes. El encofrado de las conchas acústicas se realizó con la utilización de estas 4 partes.
Posteriormente se fundieron las conchas con la utilización de una mezcla de concreto, se colocó una maya interior para reforzarla, se dejó reposar por 7 días y se procedió a desencofrar y resanar.
Toda la grada del anfiteatro fue realizada con diversas piezas de cartón unidas con pegamento. Debido al tamaño del mismo y en aras de que fuera más fácil su diseño y transportación se dividió en 6 partes, la primera parte la conforman toda la parte inferior de las gradas que incluyen el pasillo y al unir las otras 5 partes estas forman toda la sección superior de las gradas.
Al finalizar se procedió a darle el acabado a las conchas con elementos como el acople de las diferentes partes y la pintura. En la figura 5 se muestra la disposición final de las maquetas.

Figura 5. Disposición final de las maquetas

Fuente: elaboración propia.
Con el empleo de los medios creados el estudiante no solo pone en práctica los conocimientos adquiridos, sino que, en correspondencia con Niño, et. al., (2016) a través de la interacción con el fenómeno físico, pueden afianzar y retroalimentar conceptos que no fueron comprendidos en su totalidad en la teoría.
El tubo de Kundt construido constituye un equipo de elevada importancia para el desarrollo de experimentos vinculados al estudio de las ondas sonoras.
Se diseñaron, con base en las dimensiones y características del equipo, las pruebas experimentales: visualización de ondas estacionarias, cálculo de la velocidad del sonido y determinación del coeficiente de absorción acústica de materiales porosos. Los montajes experimentales, concuerdan con las propuestas realizadas por Molina et. al (2017).

La comprobación a través de distintos sitios web como (ibdciencia.com, 2019) dedicados a la comercialización de este tipo de equipo en el mercado internacional demostró que el costo de un Tubo de Kundt similar al construido es aproximadamente 130 euros lo que equivale, según la tasa de cambio actual, a 3625 pesos. Una vez calculado el costo total del equipo construido, ascendente a 2375 pesos, se observa un ahorro de aproximadamente un 34%. 
Por otra parte, las conchas acústicas construidas posibilitan el desarrollo de experimentos que demuestran su utilidad como método de control de ruido en escenarios al aire libre. La maqueta de proporciones 2:100 ofrece una vista completa del escenario que permite realizar análisis de la atenuación o amplificación en los diferentes puntos o secciones que posee.
La concha de proporciones 8:100 brinda mayor facilidad para el montaje y demostración experimental. Sus dimensiones permiten acoplar equipamiento auxiliar adicional de dimensiones mayores al que se puede emplear en la maqueta, como es el caso de fuentes y amplificadores de sonido, obstáculos, entre otros.
Se puede afirmar, en concordancia con Espinosa et. al., (2016); Rodríguez, (2016) y López et. al. (2018), que el uso de estos medios en prácticas de laboratorio permite al estudiante construir su propio conocimiento e incrementar su motivación por el deseo de seguir aprendiendo.

 

CONCLUSIONES

Las prácticas de laboratorio constituyen un elemento fundamental para la formación del profesional puesto que posibilitan una mejor compresión de los contenidos teóricos que se imparten. Los medios creados permitirán a los profesores y estudiantes de la Universidad de Matanzas una mejor preparación y desarrollo en los contenidos relacionados con la temática de ruido y sonido, contemplado como uno de los elementos que puede afectar a los trabajadores en el ambiente laboral.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Datos del (los) autor (es)

¹Máster en administración de empresas. Profesor Asistente del Departamento de Comercialización, Vicerrectoría de Investigación y Posgrado, Universidad de Matanzas, Cuba. ID ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3423-4011

²Doctor en Ciencias. Profesor Titular. Encargado de Negocios en Matanzas del Centro Internacional de La Habana (CIH), Universidad de Matanzas, Cuba. ID ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8791-5830

³Ingeniero Industrial. Profesor Instructor. Director de la Sede Universitaria de Cárdenas, Universidad de Matanzas, Cuba. ID ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1390-2380

⁴Ingeniera Industrial. Profesora adiestrada del Departamento Industrial, Facultad de Ciencias Empresariales, Universidad de Matanzas, Cuba. ID ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9878-6045

 

Recibido: 31 de enero de 2021
Evaluado: 2 de marzo de 2021
Aceptado para su publicación: 5 de abril de 2021