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Universidad Industrial de Santander Facultad de Ciencias. Escuela de Física
MODELO DEL SEGUNDO EXAMEN PARCIAL DE FISICA III NOMBRE: ___________________________ ________________________________________ __________________________ _____________ CÓDIGO: ____________ 1. El área de un tímpano común es alrededor 5 10 5 m 2 . La potencia del sonido que incide en un tímpano correspondiente a la mínima intensidad es: 5 a. 5 10 W b.
5 105 W
c.
5 1016 W
16 d. 5 10 W e. Ninguna de las anteriores.
Solución: P IA 1012W / m 2 5 105 m 2 P 5 1017 W 2. Un avión supersónico supersónico vuela a 1, 5 Mach a una altura de 3000 m Si en el instante t 0 pasa por encima de un observador, el semiángulo que forma la onda de choque cuando esta es percibida por el observador es: 0 a. 33,7 b. c. d. e.
900 450 5,880 Ninguna de las anteriores.
Solución: sen
1 N m
1 1,5
0,66
1
sen 0,66 41,8 3.
e. Ninguna de las anteriores.
Solución: Teniendo en cuenta la identidad trigonométrica: 1 1 cos cos cos cos 2 cos cos cos cos 2 2 Se sigue que: y x, t 20,1 cos cos 0,5 x cos cos 40t Los nodos se presentan cuando: y x, t 0 , es decir cuando cos cos 0,5 x 0 , o sea: 0,5 x 2n 1 / 2; n 1, 2., 3, Despejando x: x 2n 1 ; x , 3 , 5 , 4. Un cilindro de 1 m de longitud tiene el extremo superior abierto. Si encima de este se coloca un diapasón que genera una frecuencia de 340 Hz , cuando este se llena de agua y después se va desocupando a través de un orificio hecho en la base inferior, en la columna de aire que se forma dentro del tubo se presenta resonancia a las distancias:. a. x 0,1 m; 0,2 m; 0,3 m; 0,4 m; 0,5 m b. x 0,25 m; 0,5 m; 0,75 m; 1m. c. x 0,5 m; 1 m. d. x 0,25m, 0,75 m. e. Ninguna de las anteriores.
Solución: v f
0
Dos ondas ondas en una cuerda tienen las funciones de onda dadas por: y 0,1cos cos0,5 x 40t y 0,1cos cos0,5 x 40t Donde y1 , y 2 , y x están en metros y t en Segundos Las posiciones de los nodos de la onda resultante de su superposición son: a. x 0,5 m b. x 0,4 m c. x 40 m d. x 0,8 m
v
340m / s
1 m / s f 340 Hz La resonancia se presenta cuando las ondas sonoras generadas por el del diapasón se refuerzan con las ondas reflejadas en el tubo por los nodos resonantes, lo cual se consigue cuando: x 2n 1 / 4 m.; n 1, 2, 3, x / 4, 3 / 4 0,25m, 0,75 m 5. Un estudiante estudiante sostiene un un diapasón oscilando oscilando a 256 Hz El camina hacia una pared a una rapidez constante de 1,33 m / s La frecuencia frecuencia de batimiento que observa entre el diapasón y su ecos es: a. 1 Hz b. f 256,5 Hz
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c. f 256 Hz d. f 257 Hz e. Ninguna de las anteriores. Solución: La frecuencia que percibe del eco es:
y x , t 2 sen x 100t
v v v s
f f
255 Hz 340m / s 1,33m / s f b 256 Hz 255 Hz 1 Hz 340m / s
f 256 Hz
5. Dos ondas están descritas por las funciones de onda: y1 5 cos2 x 10t y 2 5 cos2 x 10t La onda resultante de su superposición es: a. y 0,1cos0,5 x 40t b. y 10 cos0,5 x 10t c.
y 10 cos2 x 10t
d. y 5 2 sen 0,5 x 40t
4
e. Ninguna de las anteriores
Solución: La onda resultante esta dada por: y1 10 cos2 x 10t 6. De las siguientes afirmaciones señale cuál es falsa: a. Cuando una onda o pulso viaja de un medio A a un medio B y v A mayor v B (esto es, cuando B es más denso que A), se invierte al reflejarse. b. Cuando una onda o pulso se desplaza de un medio A a un medio B y v A menor que v B (esto es, cuando A es más denso que B), se invierte al reflejarse. c. Cuando el medio A es igual de denso al medio B no se produce pulso u onda reflejada. d. Alguna de las anteriores es falsa. e. La tensión es la misma en los dos medios . Solución: La b es falsa. Por tanto la solución es d. 7. La expresión funcional de una onda transversal en una cuerda está dada por la siguiente expresión
. Si x está en 2 metros y t en segundos, el desplazamiento para t 1 s es: a) 2 m b) 4 m c) 1m d) ½ m e) Ninguna de las anteriores .
Solución:
y x, t 2 sen x 100(1s)
2
8. La rapidez del sonido en el aire en (m/s) depende de la temperatura de acuerdo con la expresión v 300 0,5T C , donde T C es la temperatura en Celsius. En aire seco la temperatura disminuye 10 0 C por cada 3000 m de elevación en altitud. El tiempo que tarda el sonido de un avión que vuela a 9000 m para llegar al suelo en un día cuando la temperatura del suelo es 30 0 C es: a. 29,27 s b. 2,92 s c. 28 s d. 2,8 s e. Ninguna de las anteriores.
Solución: A 900 m: 9000 0 0 T 10 C 30 C 3000 Usando la regla de la cadena: dv dv dT ds ds dT v dt dT ds dt dT ds dv 1 3 v 0,5 1,66 10 v dt 300 v f
t
dt 600
00
vi
dv v
600 ln
300 0,530 300 0,5 30
t 60 s 9. Una bomba explota a 30 m. de altura de un observador situado debajo de ella. Si la intensidad sonora media es 4,8 10 3 W / m2 , la intensidad de la onda a una distancia de 10 m. es:
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a. 43.2 W/m2 b. 4.32 W/m2 c. 0.432 W/m2 d. 0.0432 W/m2 e. Ninguna de las anteriores Solución: P I P IA 4,8 103 W / m 2 4 r 2 A Para r 30m P 54,28 W La intensidad de la bomba a 10 m de altura es: 54,28W P P W I 2 0,0432 2 2 A 4 r m 4 10m 10. Una cuerda de masa total m y longitud L está suspendida verticalmente. Un pulso transversal que se desplaza a lo largo de la cuerda lo hace en un tiempo dado por: a. t 2 L g b. c.
t L g . t
1
sen sen 2sen
d. t 2 L g e. Ninguna de las anteriores. (Sugerencia: Primero encuentre una expresión para hallar la rapidez de la onda en cualquier punto a una distancia x del extremo inferior al considerar la tensión en la cuerda como resultante del peso del segmento que está debajo de ese punto.) . Solución: v T
Como: v t
L
dt 0
0
dx dt
dx gx
t 2
2 1
2 1
T
v P
1 2
2 A2 v
2 y 1 2 y x 2 v 2 t 2 E
1 2
2 A2
v vo v v s I 10 log ; I 0 10 12 W m 2 I 0 P P I 2 A 4 r 2
I
P 0
2 v
p P 0 senkx t
gx gx
T dt
1
cos
cos 2 2 1 1 cos cos 2 sen sen 2 2 y x, t Asenk x t
donde T gx Entonces: v
1
cos cos 2 cos
f f
L g .
2
FÓRMULAS:
dx gx
L g
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