pág. 9434
PROPUESTA DIDÁCTICA PARA LA
DETERMINACIÓN DE RAPIDEZ DEL SONIDO
MEDIANTE EL USO DE TELÉFONOS
INTELIGENTES
DIDACTIC PROPOSAL FOR DETERMINING THE SPEED OF
SOUND USING SMARTPHONES
Leonor Mercedes Sanchez Alvarado
Universidad Estatal de Milagro, Ecuador
Marcos Francisco Guerrero Zambrano
Universidad Estatal de Milagro, Ecuador
Bryan Stalin Valarezo Chamba
Universidad Estatal de Milagro, Ecuador
Oscar Alonso Bajaña Calle
Unidad Educativa Dr Miguel Encalada Mora, Ecuador
pág. 9435
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14327
Propuesta Didáctica para la Determinación de Rapidez del Sonido
mediante el Uso de Teléfonos Inteligentes
Leonor Mercedes Sanchez Alvarado1
lsancheza4@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0009-0008-1549-0440
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Marcos Francisco Guerrero Zambrano
mguerreroz@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-5617-6836
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Bryan Stalin Valarezo Chamba
bvalarezoc@unemi.edu.ec
https://orcid.org/0009-0001-3907-247X
Universidad Estatal de Milagro
Ecuador
Oscar Alonso Bajaña Calle
alonso.bajana@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0000-0001-7618-8968
Unidad Educativa Dr Miguel Encalada Mora
Ecuador
RESUMEN
La investigación tiene como objetivo evaluar el uso de una propuesta didáctica que utiliza dispositivos
móviles inteligentes, la aplicación Phyphox y el uso de una gráfica para determinar la rapidez del sonido.
Este enfoque innovador promueve la experimentación activa en el aula de física, en el tema de ondas
sonoras que enfrenta dificultades debido a la falta de recursos experimentales. La investigación
involucró el uso de dos dispositivos móviles con la aplicación Phyphox, midiendo el tiempo que tarda
el sonido en propagarse de ida y regreso entre los dispositivos y su respectiva distancia. El experimento
incluyó mediciones repetitivas de tiempos por cada distancia para reducir errores aleatorios, utilizando
un gráfico para determinar la rapidez del sonido a partir de la pendiente. Se observó una fuerte relación
lineal entre la distancia y el tiempo total de propagación de la onda sonora, obteniendo una rapidez
experimental del sonido de 342.800 m∙s-1 con una incertidumbre de 12.800 m∙s-1 con un error del
0.20%. La propuesta se valida como efectiva, aunque con recomendaciones para mejorar la metodología
propuesta.
Palabras Clave: propuesta, didáctica, rapidez, sonido, experimentación
1
Autor principal
Correspondencia: lsancheza4@unemi.edu.ec
pág. 9436
Didactic Proposal for Determining the Speed of Sound using Smartphones
ABSTRACT
The research aims to evaluate the use of a didactic proposal that uses smart mobile devices, the Phyphox
application and the use of a graph to determine the speed of sound. This innovative approach promotes
active experimentation in the physics classroom, on the topic of sound waves that faces difficulties due
to the lack of experimental resources. The research involved the use of two mobile devices with the
Phyphox application, measuring the time it takes for sound to propagate back and forth between the
devices and their respective distance. The experiment included repetitive measurements of times for
each distance to reduce random errors, using a graph to determine the speed of sound from the slope. A
strong linear relationship was observed between the distance and the total propagation time of the sound
wave, obtaining an experimental speed of sound of 342,800 m∙s-1 with an uncertainty of 12,800 m∙s-1
with an error of 0.20%. The proposal is validated as effective, although with recommendations to
improve the proposed methodology.
Keywords: proposal, didactic, speed, sound, experimentation
Artículo recibido 10 septiembre 2024
Aceptado para publicación: 16 octubre-2024
pág. 9437
INTRODUCCIÓN
El proceso de enseñanza y de aprendizaje de la Física en todos los niveles de educación a nivel globa
está en constante cambio, la introducción de propuestas didácticas que permitan al alumnado poder
desarrollar las habilidades y destrezas necesarias dentro del aula de clases son cruciales durante este
proceso. Dicho convencionalismo repercute debido a que la Física como ciencia que se basa de la
experimentación sobre los fenómenos naturales que convergen con el ser humano. La estructuración de
un laboratorio en cada institución educativa es algo complejo, debido a esto surge una interrogante
¿Cómo podemos desarrollar las habilidades y destrezas para el alumnado dentro de la Física?
En su investigación Guachún Lucero et al., (2020), enfatiza que se deben hallar nuevas formas y recursos
para poder cumplir con las necesidades y satisfacer los objetivos de la clase. Por otro lado Delgado
Garza et al., (2023) manifiesta que debido a la pandemia del COVID-19 se produjeron cambios
significativos dentro de la educación, dicho evento sirvió para cambiar y adaptar los procesos de
enseñanza mediante el apoyo de herramientas tecnológicas. Dentro de este auge, la enseñanza de la
Física ha tomado una notable consideración que va desde el desarrollo de estrategias innovadoras a
propuestas didácticas que faciliten la enseñanza y aprendizaje de los conceptos teóricos mediante la
experimentación guiada del docente en el aula de clases.
Un teléfono inteligente es un dispositivo tecnológico que posee diversos sensores y es comúnmente
utilizado por la mayoría de las personas. Los más habituales son aquellos con sistema operativo Android
con un 72,15% a nivel mundial (Melo, 2024), que tienen un gran potencial como herramienta de
aprendizaje para los estudiantes. Debido al amplio desarrollo de aplicaciones para medir variables
físicas, el uso de estos dispositivos puede superar las limitaciones que se presentan en los centros
educativos al impartir la cátedra de Física. Esto permite implementar una metodología activa que invita
a los estudiantes a participar en las clases (Suci Arista & Kuswanto, 2018). Entre estas aplicaciones se
encuentra Phyphox, que ofrece diversas herramientas para realizar mediciones a través de los sensores
de un dispositivo, permitiendo recoger datos de forma experimental y exportarlos para su posterior
análisis.
Anggraeni et al., (2019) establece que en el campo del aprendizaje de la Física, los contenidos de Ondas
Sonoras resultan abstracto para los estudiantes. En cambio, Maisyaroh et al., (2020) menciona que las
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ondas sonoras pertenecen al ámbito de conceptos abstractos y resultan complicados para los estudiantes.
Esta dificultad, sumada a la escasez de herramientas experimentales, convierte el estudio de las ondas
sonoras en un desafío. Por otro lado, Jaafar et al., (2019) menciona que el desarrollo de herramientas de
experimentación a través del uso de teléfonos inteligentes en el tema de ondas sonoras, se lo debe
considerar como innovación en los procesos de aprendizaje para que se puedan desarrollar con los
estudiantes. Siguiendo esta tendencia,
Debido a esto, diversos autores han desarrollado un sin número de metodologías para el cálculo de la
rapidez del sonido mediante la aplicación de Phyphox. Por ejemplo, Boimau & Laos, (2022) en su
investigacion “Measurement of Speed of Sound using Smartphone and Phyphox Application” aborda el
reto de medir la rapidez del sonido de una manera práctica y accesible utilizando teléfonos inteligentes
y la aplicación Phyphox, donde se implementa un circuito que produce sonidos por medio de una bocina
que a su vez acciona la aplicación en el dispositivo móvil y un mecanismo en donde se libera una bola
de acero colocado a cierta altura sobre el piso que luego impacta el mismo produciendo un sonido que
viajara de regreso una cierta altura y en ese instante el dispositivo móvil mediante la aplicación se
desactiva y registra los datos de tiempo de ida y regreso de la ondas sonora, para luego calcular la rapidez
del sonido. Otro autor Adelekan, (2021), en su investigacion “Measurement of Speed of Sound using
Smartphones” mide la rapidez del sonido mediante el uso de teléfonos inteligentes y la aplicación
Phyphox como un método innovador, el cual consiste en colocar a una determinada distancia dos
dispositivos móviles y medir los tiempos al producir un sonido en ambos dispositivos, a partir de ellos
mediante calculo sencillo se determina la rapidez del sonido. Ambos resultados demuestran la precisión
y la eficacia de la aplicación y el uso de la tecnología usando teléfonos inteligentes en la enseñanza de
la Física puede mejorar la comprensión de los estudiantes de conceptos complejos relacionados a las
ondas sonoras a través del aprendizaje basado en la experimentación, sin embargo si se considera una o
dos tomas de datos de distancia y tiempo para determinar la rapidez del sonido es posible que al medir
se cometa un pequeño error ya sea en la distancia y/o el tiempo que afectara a la determinación de la
rapidez del sonido deseada y no hay forma de ver si es impreciso o sesgado, adicionalmente hay factores
externos que influyen en la rapidez del sonido como la temperatura, la humedad y la presión del medio,
una o dos mediciones no permite ajustar estos factores para el cálculo de la rapidez del sonido. En
pág. 9439
cambio, si se toma varios datos de distancia y de tiempo y por cada distancia varios tiempos, esto
permitirá construir una gráfica y a partir de su pendiente se determinará la rapidez del sonido. Este tipo
de metodología tiene varias ventajas porque al trabajar con datos promedios reduce los errores aleatorios
y además si uno de los datos experimentales está alejado de la línea de tendencia es fácil identificar que
existe un error (Yuan et al., 2010).
Por consiguiente, es fundamental que se incentive la introducción de propuestas innovadoras que
faciliten el aprendizaje de la Física en estudiantes, donde se fomente las habilidades y destrezas en
ambientes adaptados a las necesidades y particularidades que se puedan presentar. Por lo tanto, la
motivación de esta investigación es proponer otra metodología para determinar la rapidez del sonido
incentivando la participación del alumnado mediante el uso de teléfonos inteligentes y el uso de graficas.
Marco Teórico
Pitágoras es conocido como el padre de la música occidental porque encontró las primeras reglas sobre
el sonido y la música visto desde la perspectiva matemática (Atilano Medina, 2009). Por otro lado, Cros
& Ferrer Roca, (2011) enuncian que el origen de cualquier sonido son las vibraciones que tiene un
cuerpo y este se transforma en una fuente sonora, dicha vibración se transmite a través de un medio,
comúnmente el aíre.
Por lo general, al sonido también llamado ondas sonoras, cuenta con tres etapas cuando se propaga a
través del medio, por lo que, se pueden identificar tres elementos, el primero debe haber una fuente, es
decir un cuerpo u objeto que vibra, el segundo la energía y la perturbación que se propaga en el medio
desde la fuente en forma de ondas longitudinales y que hace que las partículas del medio oscilen hacia
adelante y hacia atrás y, por último, el sonido es captado por el sujeto y este escucha el mismo o lo
registra algún dispositivo. Dentro de las características de las ondas sonoras, destaca la rapidez del
sonido, la misma que está sujeta al medio donde se propaga, a su vez, se relaciona con otras
características cuantitativas como la frecuencia de oscilación , la amplitud , la longitud de onda y
el ángulo de fase . Además del medio de propagación que es un factor que influye en la rapidez del
sonido, otro factor importante que también influye es la temperatura del medio. De acuerdo con
Chiriacescu et al., (2021) mediante su experimentación, la rapidez del sonido en el aire es de
pág. 9440
a una temperatura de ambiente (21ºC). De tal modo la rapidez del sonido en función de
la temperatura propuesta por Ouseph & Link, (1984) viene dada por la ecuación Ec.1
(Ec. 1)
METODOLOGÍA
La presente investigación propone una metodología que se va apoyar en el uso de dos teléfonos móviles
y en cada uno de ellos con la aplicación de Phyphox, la cual posee permite medir algunas cantidades
físicas, en este caso se utilizará la función de cronógrafo acústico con una incertidumbre de
para determinar el tiempo que se demora el sonido en viajar de un lado a otro, para ello el cronógrafo se
marcará con un límite umbral de 0,3 u.a. y con un retraso en el tiempo de 0,1 s. Los conceptos de
"límite umbral" y "retraso en el tiempo" se utilizan para ajustar las mediciones en experimentos que
usan sensores del smartphone. El límite umbral determina la amplitud mínima que debe alcanzar una
señal sonora para que sea detectada, por otro lado, el retraso en el tiempo de 0,1 segundos se refiere al
tiempo de espera entre un evento sonoro detectado y la posibilidad de registrar otro evento (PhyPhox,
2016).
En esta propuesta didáctica se va a considerar una distancia de separación entre los dos dispositivos
móviles y que también se utilizará para la distancia que se propagará el sonido en el aire, la distancia d
será medida con un flexómetro de incertidumbre . Primero se emite un sonido (aplauso)
desde dispositivo móvil 1 hasta el dispositivo móvil 2. En el momento que se produce un sonido desde
el dispositivo móvil 1 se activan los dos cronógrafos acústicos de los dos dispositivos móviles, luego el
sonido viajará al dispositivo móvil 2 se refleja y regresa, todo ese tiempo de ida y regreso le llamaremos
. En el momento en que se produce un sonido desde el dispositivo móvil 1, un instante después se
produce un sonido (aplauso) desde el dispositivo móvil 2 desactivando el mismo, a ese tiempo que
estuvo activo el dispositivo 2 le llamaremos que sería el tiempo que le tomo al sonido en reflejarse,
tal como se muestra en la ilustración 1.
pág. 9441
Ilustración 1. Esquema del experimento realizado.
Por lo tanto, al restar de se tiene el tiempo de propagación del sonido al recorrer una distancia de
de ida y regreso. Se concluye que la rapidez del sonido se puede determinar con la ecuación Ec. 2.
Ec. 2
Donde:
• : es la rapidez de propagación del sonido.
• : es la distancia entre los dos dispositivos móviles y la distancia que recorre el sonido de ida
• : es el tiempo tomado con el dispositivo movil 1 de ida y regreso de propagación del sonido
• : es el tiempo tomado por el dispositivo móvil 2 mientras el sonido se refleja.
Por lo que, para la propuesta didáctica se utilizara la Ec. 2 para compararla con la ecuación
lineal que se obtenga de la gráfica distancia total en función del tiempo promedio ( ) donde
D es el doble de distancia de d y así determinar directamente la rapidez del sonido en este experimento
mediante la pendiente de la gráfica.
Para proceder con la experimentación, se va a realizar 8 mediciones, para ellos se me dirán con el
flexómetro distancias de 1,00 m hasta 8,00 m de dos en dos, luego se colocarán los dispositivos móviles
entre las 8 distancias seleccionadas, es necesario mencionar que las distancias se miden de centro a
centro de cada dispositivo móvil. Luego por cada distancia se medirán los tiempos y tres veces
con la ayuda de la aplicación Phyphox. Es importante tomar mediciones repetitivas para reducir errores
aleatorios.
pág. 9442
DATOS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A continuación, mostramos en la tabla 1 con los datos recogidos:
Tabla 1. Registro de datos brutos de distancias y tiempos.
Distancia
total
D/m
Primera medición de
tiempos
Segunda medición de
tiempos
Tercera medición de
tiempos
2,000
0,218
0,212
0,192
0,186
0,291
0,286
4,000
0,207
0,195
0,216
0,203
0,204
0,189
6,000
0,282
0,265
0,301
0,283
0,252
0,236
8,000
0,264
0,241
0,286
0,264
0,270
0,249
10,000
0,386
0,357
0,355
0,325
0,330
0,301
12,000
0,258
0,224
0,303
0,268
0,196
0,159
14,000
0,258
0,218
0,302
0,261
0,27
0,229
16,000
0,437
0,39
0,331
0,285
0,322
0,274
De acuerdo a la tabla de datos anterior se puede observar que en algunos casos, el conjunto de los datos
de los tres tiempos T1 y T2 por cada distancia, son poco precisos y esto se debe a varios factores externos
entre ellos la reacción humana, fatiga y falta de concentración al producir el aplauso para desconectar el
dispositivo móvil 2, otros factores externos que podrían haber influido en la poca precisión son la
temperatura, presión atmosférica, humedad o vibraciones pueden afectar el rendimiento de algunos
dispositivos, especialmente si los dispositivos móviles no están diseñados para trabajar bajo esas
condiciones.
Luego de tomados los 3 tiempos y por cada distancia se obtiene el tiempo total que le tomo al
sonido en propagarse de ida y de regreso mediante la ecuación Ec.3
Ec. 3
Después se obtiene los tiempos promedios de los tres tiempos de cada distancia y sus respectivas
incertidumbres considerando la ecuación Ec. 4
Ec. 4
A continuación, se muestra la Tabla 2 de los datos procesados
pág. 9443
Tabla 2. Tabla de datos procesados de distancia y tiempo total.
Distancia total
D/m
Tiempo
total 1
Tiempo
total 2
Tiempo
total 3
Tiempo total
promedio
Incertidumbre del
tiempo total
promedio
2,000
0,006
0,006
0,005
0,006
0,001
4,000
0,012
0,013
0,015
0,013
0,002
6,000
0,017
0,018
0,016
0,017
0,001
8,000
0,023
0,022
0,021
0,022
0,001
10,000
0,029
0,030
0,029
0,029
0,000
12,000
0,034
0,035
0,037
0,035
0,002
14,000
0,040
0,041
0,041
0,041
0,001
16,000
0,047
0,046
0,048
0,047
0,001
A pesar de tener poca precisión en el conjunto de datos de los tres tiempos T1 y T2 por cada distancia,
se puede observar que los tres tiempos de propagación por cada distancia tiene alta precisión. Ahora
considerando los datos de distancia total y tiempo total promedio con sus respectivas incertidumbres
se procede a realizar la gráfica vs. tal como se muestra a continuación en la ilustración 2.
Ilustración 2. Grafica distancia total (D) en función del tiempo total promedio (Tprom)
De la gráfica 1 se observa que las incertidumbres de la distancia total son demasiados pequeñas con
respecto a la escala que se utiliza, debido a ello no se las visualiza. Además, el comportamiento entre
las dos variables graficadas es lineal y se lo confirma a través del coeficiente de correlación que es
pág. 9444
cercano a 1 lo que denota una fuerte relación lineal entre la distancia y el tiempo total promedio, sin
embargo, por la posición de la mano al producir el sonido sobre el dispositivo móvil pudo provocar que
ambas variables no sean proporcionales entre si.
A partir de las pendientes de las rectas de máxima pendiente (
y de mínima pendiente (
se
obtiene la incertidumbre de la pendiente (
) por medio de le ecuación Ec.5
Ec. 5
Por lo tanto, la incertidumbre de la rapidez del sonido es de
De la recta de mejor ajuste y de su pendiente se observa que la rapidez del sonido es de ,
lo que se concluye que la rapidez del sonido obtenido en este experimento es de:
Considerando el valor de referencia mencionado en el marco teórico ( y el valor experimental
(. se obtiene el porcentaje de error de la medición ) mediante la ecuación Ec. 6
Ec. 6
Por lo tanto, el error de la medición de la rapidez del sonido en este experimento es de 0,20%, lo que
denota una alta exactitud.
CONCLUSIONES
De la gráfica podemos notas que existe una relación lineal fuerte entre la distancia total 2D y el tiempo
total promedio lo que se comprueba con el valor del coeficiente de correlación R2=0,9964 lo que
denota que es cercano a 1. Adicionalmente el valor teórico se encuentra dentro del rango obtenido de la
experimentación lo que denota que las diferencias entre el valor teórico y el valor medido no es tan
grande por lo que el porcentaje de error de la medición de la rapidez del sonido es muy pequeño y por
lo tanto tiene una alta exactitud. Esto es una buena señal, ya que indica que la metodología utilizada en
este experimento es consistente con la teoría, y que las pequeñas discrepancias son atribuibles a errores
de tipo sistemático y aleatorio.
De acuerdo a la ecuación Ec2 para determinar la rapidez del sonido por medio de la pendiente de la
gráfica se observa que la relación entre la distancia y el tiempo total promedio es directamente
proporcional lo que indica que se espera una recta que pase por el origen , sin embargo si extrapolamos
pág. 9445
la recta de mejor ajuste experimental denotamos que no pasa por el origen por lo que se atribuye a
errores sistemáticos como un pequeño error al medir las distancias en entre los dos dispositivos móviles
y el tiempo de reacción de las personas al producir el sonido. Adicionalmente de la recta de mejor ajuste
se denota que existen puntos experimentales que no pasan por la misma lo que indica que existen errores
aleatorios como las fluctuaciones de la temperatura, humedad y presión del medio, lo que influyo a que
el sonido no viaje en línea recta, sino que se curve por la variación de densidad del medio lo que provoca
un ligero cambio en el tiempo en movimiento de la onda sonora. También se debe considerar las
pequeñas vibraciones en la superficie en la que estaban los dispositivos móviles y los pequeños ruidos
del ambiente que de alguna manera alteraron las mediciones del tiempo de propagación del sonido. Otro
aspecto es la reflexión de la onda sonora al viajar de regreso ya que eso adiciona un mínimo tiempo
cuando viaja de regreso y que es medido por el dispositivo móvil 2 y que es controlado por una persona.
Para un futuro se recomiendo realizar la experimentación en un ambiente en donde exista fluctuaciones
pequeñas en la temperatura, humedad y presión del medio, además de considerar lugares donde no
existan ruidos y que no existan vibraciones en la superficie en la que se encuentran los dos dispositivos
móviles y afecten en las mediciones del tiempo. Para no depender de la capacidad auditiva de las
personas para detectar el sonido, se recomienda utilizar sensores acústicos que puedan registrar el sonido
con mayor exactitud y minimizar los efectos del ruido de fondo o los errores humanos al activar los
instrumentos de medición. Adicionalmente se recomienda usar un sensor que permita medir el recorrido
del sonido en una dirección y no dependa de la reflexión.
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