Guia de Aprendizaje Ondas

GUÍA DE EJERCICIOS DE FÍSICA ONDAS Y SONIDO

GUIA DE APRENDIZAJE Nº 1 ASIGNATURA: FISICA GRADO: NOMBRE DEL ESTUDIANTE: PROFESOR(ES): MONICA RODRIGUEZ . UNIDAD TEMÁTICA o DE APRENDIZAJE: ONDAS CONTENIDO: ONDAS Y SUS PROPIEDADES APRENDIZAJE ESPERADO: propiedades de las ondas a fenómenos fenómenos de la vida cotidiana. cotidiana. - Asociar las propiedades - Calcular velocidad frecuencia ! periodo en distintos e"ercicios. TIEMPO PARA PARA DESARROLLO: 5 class ! " #o$as PLAZO DE ENTREGA: %o&'$ 5

Instrucciones: 1) Lea atentamente la siguiente guía e tra!a"o #) Para resol$er los %ro!lemas num&ricos e!es tener %resente los siguientes as%ectos: a) Datos: ienti'car magnitues( uniaes  trans*ormar trans*ormar si es necesario+ necesario+ !) ,-rmula: ,-rmula: reconocer *-rmula a utili.ar  e/%licitarla+ c) Desar Desarrollo rollo el %ro!l %ro!lema: ema: %resentar %resentar too el %rocei %roceimient miento o e resoluciresoluci-n n sin omitir omitir %asos+ ) Res% Res%ues uesta: ta: %resen %resentar tar una res%ue res%uesta sta cuant cuantita itati$ ti$a a  cuali cualitat tati$a i$a(( %or e"em%l e"em%lo: o: la la $elocia el 0-$il es #2m3s)  se mue$e 4acia la erec4a+ 5) Desarrolla Desarrolla tu guía en el %la.o esta!lecio esta!lecio 6NDA7 Las Las ona onas s son son *en-m *en-men enos os 8u 8ue e %erm %ermit iten en tran transm smit itir ir energía sin trans%orte e materia+ Por e"em%lo: la lu.( la raiaci-n solar( etc+ Pulsos  6nas: Un %ulso es una %orci-n e energía 8ue 8u e se %ro% %ro%a aga a tra$&s $&s el el es%a es%aci cio o com como una %ert %ertur ur!a !aci ci-n -n o e*o e*orm rmac acii-n( n( %ero %ero sin sin tran trans% s%or orta tarr materia+ E"em%lo: %ulsos en el agua( en resortes( en cueras+ Una ona es una sucesi-n o serie e %ulsos+ 9LA7I,I9A9IN DE LA7 6NDA7 7EG;N 7EG;N 0EDI6 DE PR6PAGA9IN 6NDA7 0E9
6NDA7 ELE9=R60AGN>=I9A7 7on a8uellas 8ue $ia"an como una %ertur!aci-n( consistente en la su%er% su%er%osi osicici-n n e cam%os cam%os magn&t magn&tico icos s  el&ctricos( %or lo tanto no re8uieren e un meio e %ro%agaci-n( %uieno $ia"ar en el $acío+ E": 6nas e raio( e =( raos B( U( lu.( etc+ =oas las 6E0( son e la misma natu natura rale le.a .a(( s-lo s-lo se i*er i*eren enci cian an en su *recuencia  %or ene en la energía 8ue trans%ortan+

7EG;N DIRE99IN DE LA 679ILA9IN 6NDA7 =RAN7ER7ALE7 6NDA7 L6NGI=UDINALE7 En ellas la oscilaci-n es %er%enicular a la En ella ellas s la osci oscila laci ci-n -n es %ara %arale lela la a la irecci-n e %ro%agaci-n+ EJ: 6E0 irecci-n e %ro%agaci-n+

1


E": 6nas sonoras

7EG;N 7U PERI6DI9IDAD 6NDA7 PERI6DI9A7 6 AR0NI9A7 6NDA7 N6 PERI6DI9A7 7on a8uellas en las cuales se a%recia un 7on a8uellas 8ue %roucimos %or %atr-n e %ulso constante( es ecir( toos e"em%lo en una cuera o un resorte( %ero los %ulsos 8ue com%onen la ona son tarano tiem%os i*erentes en caa iguales+ La *uente 8ue los genera( e!e %ulso e tal *orma 8ue no se re%ite una tarar el mismo tiem%o en %roucir caa 'gura e manera constante+ %ulso+ 2 tiene %erioo constante) ELE0EN=67 DE UNA 6NDA En general las onas se re%resentan meiante la gr?'ca e una *unci-n senoial+ Los %untos m?s altos se enominan montes  los m?s !a"os $alles+ 7i se i!u"a una línea 4ori.ontal cru.a el mo$imiento e la ona( a esta se le llama %osici-n e e8uili!rio( tal como se muestra en la 'gura+

1+C Am%litu: Es el es%la.amiento m?/imo ese un %unto e e8uili!rio( 4asta el monte o $alle e una ona+ Por ser istancia se mie en metros en el 7+I #+C ,recuencia: N@mero e ciclos u oscilaciones com%letaas %or unia e tiem%o( se mie en ert. en el 7+I+ En las 6nas electromagn&ticas la energía es irectamente %ro%orcional a la *recuencia+ 5+C Perioo: =iem%o 8ue emora en com%letarse una oscilaci-n( se mie en segunos en el 7+I La *recuencia  el %erioo se %ueen relacionar matem?ticamente %or meio e la siguiente ecuaci-n: T =

1

⇔

f

f

=

1

T

+C Longitu e ona: 7e mie en metros  corres%one a la longitu e un %ulso com%leto+ Num&ricamente corres%one a la istancia entre os crestas o $alles consecuti$os+ F+C Ra%ie. e %ro%agaci-n: Esta e%ene e la elasticia el meio a tra$&s el 8ue se %ro%aga la ona(  esta relacionaa con la *recuencia  longitu e ona: v = λ ⋅ f

En el caso %articular e las onas generaas en un resorte o cuera( la ra%ie. e &stas es %ro%orcional a la tensi-n con 8ue se estira el meio+ Aem?s e%ene e la masa  la longitu el resorte o cuera+ La relaci-n es: v =

7UPERP67I9IN

F ⋅ l m

,EN0EN67 6NDULA=6RI67

Al llegar simult?neamente os o m?s onas a un mismo %unto el meio( el es%la.amiento resultante ser? igual a la suma alge!raica e los es%la.amientos e las onas ini$iuales 8ue se 4aan encontrao en ese %unto+ Es ecir cuano os o mas onas se encuentran 4a!lamos e una su%er%osici-n e sus am%litues  e!en sumarse las am%litues e toas las onas in$olucraas+ Des%u&s e la su%er%osici-n caa ona contin@a en la misma irecci-n 8ue al comien.o sin moi'caci-n e sus características originales+ En la siguiente 'gura se muestran os %ulsos 8ue se %ro%agan en sentios o%uestos en una misma cuera  8ue se su%er%onen %ara luego seguir su %ro%agaci-n normalmente+

2


IN=ER,EREN9IA 9uano os o mas onas e igual am%litu( longitu  $elocia $ia"an en la misma irecci-n  con *ases iguales( es ecir( sus $alles coincien  tam!i&n sus montes( entonces sus am%litues se suman( o!teni&nose una inter*erencia constructi$a+ Pero si $ia"an es*asaas en meia longitu e ona( es ecir sus montes coincien con sus $alles entonces sus am%litues se anulan( o!teni&nose una inter*erencia estructi$a+ RE,LEBI6N Este *en-meno ocurre cuano una ona se encuentra con la su%er'cie e otro meio o un o!st?culo( e tal *orma( 8ue se es$ía cam!iano e irecci-n( %ero no e meio e %ro%agaci-n+ DI,RA99IN DE UNA 6NDA El *en-meno e la i*racci-n sucee cuano las onas se encuentran con un o!st?culo 8ue im%ie %arcialmente su %ro%agaci-n %or un mismo meio+ RE,RA99IN DE UNA 6NDA 7e entiene %or re*racci-n e una ona a su %ro%agaci-n e un meio a otro+ En este caso( se altera la ra%ie.  %uee cam!iar la am%litu al %asar a un meio m?s enso+ El %erioo  la *recuencia %ermanecen constantes( no así la longitu e ona+ Le e 7nell: n

1

⋅

senθ

1

=

n

2

⋅

senθ

2

Done:

n ínice e re*racci-n el meio

6NDA E7=A9I6NARIA 9orres%one a la su%er%osici-n e una ona con su reHe"o( en un meio acotao+ Estas onas se generan en cueras(  toos los %untos $i!ran a igual *recuencia( %ero con i*erente am%litu+

3


A9=IIDAD DE APRENDIZAJE 1+C Una ona sonora sale el agua al aire+ Al res%ecto+ 9u?l e las siguientes o%ciones es correcta A) La ra%ie. e %ro%agaci-n e la ona aumenta al salir el agua+ K) La longitu e la ona aumenta al salir el agua+ 9) La *recuencia e ona aumenta al salir el agua+ D) El %erioo e la ona( al %ro%agarse %or el aire( es maor 8ue cuano se %ro%ag- %or el agua+ E) La ra%ie. e la ona isminue al salir el agua+ #+C La re*racci-n el sonio se i*erencia e la reHe/i-n %or: I+C En la re*racci-n 4a cam!io e meio e %ro%agaci-n  en la reHe/i-n no+ II+C En la re*racci-n cam!ia la *recuencia el sonio( mientras 8ue en la reHe/i-n %ermanece constante+ III+C En la re*racci-n no $aría la longitu e ona  en la reHe/i-n aumenta+ De las anteriores a'rmaciones es 2o son) correcta2s): 5+C 7i el ínice e re*racci-n el agua es n1(55+ Entonces la ra%ie. e la lu. en el agua es: +C Una ona en una cuera se %ro%aga con una $elocia e 1 Mm3s+ 7i el %erioo e la ona es e ( Ms+ 9u?l ser? su longitu e ona+ F+C9u?l es su longitu e ona si la ona e #(F ciclos recorre una istancia e F cm O+C En relaci-n a la $elocia el sonio %oemos a'rmar 8ue cuano $ia"a a tra$&s e un s-lio( e un lí8uio o el aire( se cum%le en general 8ue: 76LID6  LQUID6  AIRE A) AIRE  LQUID6  76LID6 K) 76LID6  LQUID6  AIRE 9) LQUID6  AIRE  LQUID6 D) LQUID6  76LID6 AIRE E) S+C Un antinoo es : A)El %unto e maor am%litu e una ona estacionaria K)9ual8uier %unto cua elongaci-n sea istinto e cero 9)9ual8uier %unto m-$il D) 9iertos %untos e la ona 8ue no se mue$en E)Ninguna e las anteriores +C La ona 8ue se muestra se %ro%aga entre los %untos A  K( en 1 segunos+ 9u?l es el $alor e la *recuencia e ic4a ona en ert.

4


T+C La longitu e ona corres%oniente a la 'gura e la %regunta anterior es: 1+CLa ra%ie. e %ro%agaci-n e la ona es:

1. Piensa en 8 teclas de un piano siendo el do de la izquierda emitido con una frecuencia de 256 Hz. ¿Cuál será la frecuencia del siuiente do de la derec!a" 2. #l per$odo de una onda mecánica es 3%5. ¿Cuál es la frecuencia de la onda" 3. &na onda en una cuerda se propaa con una 'elocidad de 12(m%s). *i el per$odo de la onda es de +,6(s). ¿Cuál es su lonitud de onda" 4. -a frecuencia de una onda es 6+Hz  su lonitud de onda es de +,3(m). /e acuerdo a esto ¿cuál es su rapidez de propaaci0n" 5. *i la frecuencia de oscilaci0n de la onda que emite una radio estaci0n de  es de 1++ Hz. Calcular #l periodo de 'iraci0n  la lonitud de la onda. 6. &na onda sonora en el aire tiene una frecuencia de 262 Hz  'iaa con una rapidez de 343(m%s). ¿Cuál es la separaci0n entre las crestas de la onda" . &na rela metálica se !ace 'irar suetándola al orde de una mesa, de modo que su frecuencia es de 5,+ Hz. ¿*e escuc!a el sonido", ¿cuántas 'iraciones se oriinan por minuto", determine el periodo de la 'iraci0n. 8. #l limpia pararisas de un autom0'il realiza 15 oscilaciones en 3+ seundos. ¿Cuál es su periodo" 7 su frecuencia epresada en Hz" 9. : qu; rapidez se propaa un sonido en el aire a 1 (atm) de presi0n cuando la temperatura es de +al !acia la profundidad del mar? 1,5 seundos más tarde se escuc!a el eco de la onda re@eada en el suelo marino directamente deao. ¿Cuál es la profundidad del mar en ese punto" 12. /os ondas que 'iaan a lo laro de una cuerda estirada tienen la misma frecuencia, pero una transporta cuatro 'eces la potencia de la otra. ¿Cuál es la raz0n de las amplitudes de estas dos ondas" 13. ¿Cuál es la lonitud en cm, de un tuo cerrado en un etremo, si la frecuencia de su quinto arm0nico es de 9++ Hz en un d$a que la temperatura es de 2+o de los oetos más peque>os que puede detectar.

7oluciones Primera Parte 1. 512 Hz 2. 5%3 Hz 3. ,2

4. 5. 6. .

5

18 11+D8 (s), 3 (m) 1,31 (m) EF, 3++ 'i, +,2 (s)


8. G2(s), f+,5Hz 9. 331m%s 1+. 2,4
13. 4,6(cm) 14. 423,3 Hz 15. 664Hz, 541Hz 16. 85Hz  1+Hz 1. +,+425m

G:-: /# CFEB#I*JFE -onitud

asa

Giempo

1km = 1.000 m

1t 1.000kg

1 !"# = 60 s

1m 100cm

1kg 1.000 g

1h 3.600s

1cm = 10mm

1kg 0, 0685slug

1dia 8,64 10 4 s

1 slug 14,59kg

1año 365, 242dias

=

=

=

=

=

=

1milla (mi ) 1.609m =

1 pu lg ada(in) 0, 0254m =

=

=

1uma(u ) 1,66 10 =

⋅

⋅

2

−

kg

1 pie( ft) = 0,3048m

1 yd 0,9144m =

3 pie( ft ) 1yd =

1in 2,54cm =

1m 39,3in 3, 281 ft =

=

12in 1 pie =

1km 0, 621mi =

1mi 5.280 ft =

o

1 A = 10−10 m

Krea

Bolumen

6

uerza


1m

2

1 ft

2

10 cm 4

=

=

2

0, 0929m

1in

10, 6 ft 1m 2

=

144in

2 =

6, 452cm

2 =

1 Ha 10.000m

3

1.000 L 10 cm 6

=

1 ft 3 1.28in 3

2

=

=

1 L 1.000cm

2

3

=

1 ft 3

2

=

0, 0353 ft

1dina 10 5 N 2,248 10 6 lb

=

m

=

2

=

3

−

=

3

Potencia

1 J 0,38 pie lb 10  ergs

lb in

⋅

=

#ner$a

14,50

−

=

,481 gal = 28,32 L = 2,832 ⋅ 10 −2 m

=

Presi0n

1bar 10

=

1lb 4, 448 N

=

=

N

5

=

−

⋅

1 gal 3, 86 L 231in

5

1 N 10 dina 0, 2248lb

3

2,83 10 2 m 3

3

=

6,10210 in 4

=

=

⋅

1hp 550

=

pie lb ⋅

=

2

=

s

1cal 4,186 J

0,46kW

=

1atm 60mmHg 6, 0cmHg =

J

=

1 Btu 1atm 14, =

1 Pa

=

lb in

N

2

=

m2

=

1,013 10 5 ⋅

1,45 10 ⋅

−

252cal 1,054 10 J =

⋅

m2

−

=

mi h

=

ft

1, 4

1

m s

1

=

s

=

⋅

100

mi

!"#

=

cm s

60

=

=

h

=

=

m s

=

1, 61

88

km

1

m

s 2

h

ft

1

ft

s 2

s

=

=

3, 28

0,3048

ft s2

=

m s2

=

ft s

Potencia

PreLo

10

−24

octo()

10

−15

femto(f)

10

−12

pico(p) nano(n)

−9



100

pie lb ⋅

s

0, 293W

⋅

PreLos m;tricos *J

10

0,38

:celeraci0n

3, 281

mi

=

1kWh 3,60 10 6 J

in 2

0, 44

s

Btu 1 h

1eV 1,6 10 19 J

Belocidad

1

=

N

lb

4

=

1W 1

3

cm s2

30, 48

cm s2


10

−6

micro(M)

10

−3

mili(m)

10

3

Nilo(N)

10

6

mea()

10

9

ia(O)

10

12

tera(G)

10

peta (P)

10

ota(7)

15

24

26. : qu; rapidez se propaa un sonido en el aire a 1 (atm) de presi0n cuando la temperatura es de +
GUQA DE EJER9I9I67 DE ,Q7I9A 6NDA7  76NID6 #1 18. Piensa en 8 teclas de un piano siendo el do de la izquierda emitido con una frecuencia de 256 Hz. ¿Cuál será la frecuencia del siuiente do de la derec!a"

2. : qu; temperatura se encuentra el aire, a 1(atm), si el sonido se transmite por ;l a 125+(=m%H). 28. &na persona desde su emarcaci0n en'$a una se>al !acia la profundidad del mar? 1,5 seundos más tarde se escuc!a el eco de la onda re@eada en el suelo marino directamente deao. ¿Cuál es la profundidad del mar en ese punto"

19. #l per$odo de una onda mecánica es 3%5. ¿Cuál es la frecuencia de la onda" 2+. &na onda en una cuerda se propaa con una 'elocidad de 12(m%s). *i el per$odo de la onda es de +,6(s). ¿Cuál es su lonitud de onda"

29. /os ondas que 'iaan a lo laro de una cuerda estirada tienen la misma frecuencia, pero una transporta cuatro 'eces la potencia de la otra. ¿Cuál es la raz0n de las amplitudes de estas dos ondas"

21. -a frecuencia de una onda es 6+Hz  su lonitud de onda es de +,3(m). /e acuerdo a esto ¿cuál es su rapidez de propaaci0n" 22. *i la frecuencia de oscilaci0n de la onda que emite una radio estaci0n de  es de 1++ Hz. Calcular #l periodo de 'iraci0n  la lonitud de la onda.

3+. ¿Cuál es la lonitud en cm, de un tuo cerrado en un etremo, si la frecuencia de su quinto arm0nico es de 9++ Hz en un d$a que la temperatura es de 2+
23. &na onda sonora en el aire tiene una frecuencia de 262 Hz  'iaa con una rapidez de 343(m%s). ¿Cuál es la separaci0n entre las crestas de la onda"

31. #n un auto detenido se !ace sonar una ocina de frecuencia 4++ Hz. ¿Au; frecuencia escuc!ará una persona en un auto que se acerca a una 'elocidad de 2 (=m%!)" (considere Bs343m%s)

24. &na rela metálica se !ace 'irar suetándola al orde de una mesa, de modo que su frecuencia es de 5,+ Hz. ¿*e escuc!a el sonido", ¿cuántas 'iraciones se oriinan por minuto", determine el periodo de la 'iraci0n.

32. &n carro de omeros se mue'e a 54(=m%!) de derec!a a izquierda. *u sirena tiene una frecuencia de 6++ Hz en reposo. *i una camioneta a'anza !acia el carro de omeros a 2(=m%!), calcular la frecuencia que escuc!a el conductor de la camioneta, si la temperatura amiente es de 2+
25. #l limpia pararisas de un autom0'il realiza 15 oscilaciones en 3+ seundos. ¿Cuál es su periodo" 7 su frecuencia epresada en Hz"

8


se acercan  /espu;s de encontrarse. 33. Calcular la frecuencia de los sonidos emitidos por un tuo aierto  otro cerrado de 1m de lonitud produciendo el sonido fundamental. 34. *e !a comproado que cierto páaro tropical 'uela en cue'as totalmente oscuras. Para sortear los ostáculos utiliza el sonido, pero la frecuencia más ele'ada que puede emitir  detectar es de 8+++Hz. #'aluar el tama>o de los oetos más peque>os que puede detectar.

7oluciones Primera Parte 18. 512 Hz 19. 5%3 Hz 2+. ,2 21. 18 22. 11+D8 (s), 3 (m) 23. 1,31 (m) 24. EF, 3++ 'i, +,2 (s) 25. G2(s), f+,5Hz 26. 331m%s 2. 2,4
9

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