Guía Nº1 Física LA ONDA Y EL SONIDO

GUIA DE ESTUDIO
TEMA: “LA ONDA Y EL SONIDO”
1. Responde cada una de las siguientes preguntas marcando la alternativa
correspondiente. Justificar cada una de las
preguntas.
18. Una onda, al pasar de un medio a otro disminuye su longitud de onda a la mitad y
aumenta su
frecuencia
al
triple. Si
la velocidad de
la onda
antes
de
cambiar
de
medio era
v,
entonces,
¿cuál será
su velocidad
final?
A) 2v/3
B) 3v/2
C) 1v/6
D) 6v
2. Responde cada de las siguientes preguntas indicando los datos
obtenidos de cada ejercicios, las transformaciones (si corresponde)
debidamente indicadas, el desarrollo de cada problema y el
resultado.
1. Una onda periódica recorre una distancia de 36 Km en ½ hora.
Calcular su rapidez de propagación en m/s.
2. La rapidez de propagación de una onda es 15 m/s. Calcular en
metros la distancia que recorre en ¼ de hora.
3. La rapidez de propagación de una onda es de 12 m/s. Calcular en
segundos el tiempo que emplea en recorrer una distancia de 2,4 Km.
4. Si el período de una onda es T=0,25 (s) ¿Cuál es su frecuencia?
5. Si la frecuencia de una onda es f= 200 Hz. ¿Cuál es su período?
6. Si la rapidez de propagación de una onda es 40 m/s y su período es
de 0,5s. ¿Cuál es su longitud de onda?
7. La rapidez de propagación de una onda es de 20 m/s y su longitud
de onda es 0,4 m. ¿Cuál es su frecuencia?
8. Representa en un mismo gráfico:
a. Dos ondas que se propaguen en el mismo medio, a distintas
velocidades. (Manteniendo constante la longitud de onda)
b. Dos ondas que se propaguen en el mismo medio, a distintas
velocidades. (manteniendo constante la frecuencia)
c. Dos ondas que se propaguen a la misma velocidad y distinta
amplitud.
9. La siguiente figura representa una onda que se demora 3s en recorrer
de A a B (de A a B hay 60 cm). Determinar:
A
B
A
a. Longitud de onda
b. Período
c. Frecuencia
d. Rapidez
10. En la figura se muestra el perfil de tres ondas X, Y, Z, de la misma
clase, que se propagan en un medio homogéneo en el mismo
sentido.
X
Y
Z
Determine:
11. En función de la siguiente representación de un pulso cuadrado,
responde las preguntas que aparecen a
continuación,
considerando que el eje horizontal está dividido en intervalos de
un segundo:
A. ¿Qué se podría afirmar con respecto a la amplitud?
B. ¿Se podría decir que se trata de una onda periódica?
C. ¿En qué intervalo de tiempo se podría considerar como una
onda periódica?
D. Con respecto al segmento de la pregunta anterior, ¿cuál
sería el período de la onda?, ¿cuál sería la frecuencia?
E. Si se tratara de una onda viajera y su longitud de onda en el
segmento periódico fuera de 2 m, ¿con qué velocidad se
propaga?
12. El período de una onda mecánica es 3/5. ¿Cuál es la frecuencia
de la onda?
13. Una onda en una cuerda se propaga con una velocidad de
12(m/s). Si el período de la onda es de 0,6(s). ¿Cuál es su longitud
de onda?
14. La frecuencia de una onda es 60Hz y su longitud de onda es de
0,3(m). De acuerdo a esto ¿cuál es su rapidez de propagación?
15. Si la frecuencia de oscilación de la onda que emite una radio
estación de FM es de 100 MHz. Calcular: El periodo de vibración y
la longitud de la onda.
16. Una onda sonora en el aire tiene una frecuencia de 262 Hz y viaja
con una rapidez de 343(m/s). ¿Cuál es la separación entre las
crestas de la onda?
17. El limpia parabrisas de un automóvil realiza 15 oscilaciones en 30
segundos. ¿Cuál es su periodo? Y su frecuencia expresada en Hz?
18. Una persona desde su embarcación envía una señal hacia la
profundidad del mar; 1,5 segundos más tarde se escucha el eco
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de la onda reflejada en el suelo marino directamente debajo.
¿Cuál es la profundidad del mar en ese punto?
19. ¿Cuál es la longitud en cm, de un tubo cerrado en un extremo, si
la frecuencia de su quinto armónico es de 900 Hz en un día que la
temperatura es de 20°C?
20. En un auto detenido se hace sonar una bocina de frecuencia 400
Hz. ¿Qué frecuencia escuchará una persona en un auto que se
acerca a una velocidad de 72 (Km/h)? (considere Vs=343m/s)
21. Calcular la frecuencia de los sonidos emitidos por un tubo abierto
y otro cerrado de 1m de longitud produciendo el sonido
fundamental.
22. Realiza las siguientes transformaciones:
a .
0 , 4 5 c m a m
b .
2 5 0 K m a m
c.
23,65 mm a cm
d.
0,00056 Km a m
e.
120 seg a min
f.
7200 seg ahora
g .
5 h a s e g
h .
3 4 0 m i n a h .
i .
5 / 4 h a s e g
j .
4 0 s e g a h
k.
3600 seg a min
l.
¼ m i n a s e g
m .
¾
h
a
m i n
n.
½ h a seg
o.
45 min a seg
p.
450 seg a min.
23. Una persona hace ondular una cuerda. Después de 0,1s la onda
ha avanzado 0,9m a lo largo de la cuerda. ¿Cuál es la frecuencia
de la onda?
0
30
60
90
( cm)
24. Dos ondas cuyas frecuencias son f1 = 24Hz y f2 = 36Hz, tienen la
misma longitud de onda. ¿Cuál es la razón
entre sus
rapideces?
25. Una onda periódica cuya frecuencia es de 5Hz se propaga en un
medio avanzando 80m en 4s. Determine:
a) La rapidez de propagación de la onda
b) Su período
c) Su longitud de onda
26. Un botecito que sube y baja en la superficie del agua produce
ondas en ella, oscilando hacia arriba y hacia abajo cinco veces
en medio minuto. La rapidez de propagación de la onda es de 20
cm/s. ¿Cuál es la longitud de onda originada por el botecito?
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27. La figura muestra dos ondas A y B de la misma clase que se
propagan en el mismo
A
medio.
B
Determine:
28. Una persona hace ondular una cuerda, como muestra la figura. Si
la onda avanza 1,8m en 0,1s.
Determine:
La rapidez de propagación de la
onda.
b La longitud de onda
c La frecuencia
d) El período
29. En la figura se muestra una fotografía instantánea de una onda
que se propaga en una cuerda, pasando de la parte delgada (1)
a la parte gruesa (2). Sabiendo que la rapidez de propagación en
(2) es V2 = 3 (m/s) y qué λ1 = 3 λ2. ¿Cuál es la rapidez de
propagación de la onda en (1)?
a
(1)
(2)
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RESUMEN DE LA UNIDAD
TEMA: “LA ONDA Y EL SONIDO”
a) Cresta: Es la parte más elevada de una onda.
b) Valle: Es la parte más baja de la onda.
c) Longitud de onda (λ) : Es la distancia comprendida entre dos crestas o dos
valles.
d) Elongación: Es la distancia comprendida entre la posición de equilibrio de un
punto en oscilación y la posición donde se encentra en un instante determinado.
e) Amplitud: (A) Es la máxima elongación es decir, el desplazamiento desde un
punto de equilibrio hasta la cresta o el valle.
f) Oscilación: Se lleva a cabo cuando un punto en vibración ha tomado todos los
valores positivos y negativos.
g) Período de oscilación (T): En física, el período de una oscilación es el tiempo
transcurrido entre dos puntos equivalentes de la oscilación. Es el mínimo lapso
que separa dos instantes en los que el sistema se encuentra exactamente en el
mismo estado: mismas posiciones, mismas velocidades, mismas amplitudes.
Así, el periodo de oscilación de una onda es el tiempo empleado por la misma en
completar una longitud de onda. Por ejemplo, en una onda, el periodo es el
tiempo transcurrido entre dos crestas o valles sucesivos. El periodo (T) es
recíproco de la frecuencia.
Propiedades de las ondas
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Las ondas tienen cuatro propiedades que las diferencian a unas de otras:
1) Amplitud: Como ya dijimos, es la máxima distancia que alcanza un punto al paso de
las ondas respecto a su posición de equilibrio.
2) Frecuencia: La frecuencia (f) es la medida del número de ondas que pasa por un
punto en la unidad de tiempo.
Generalmente se mide en hertzios (Hz) siendo un hertzio equivalente a una vibración
por segundo. Por ello, también se utiliza 1/s como unidad para medir la frecuencia.
Para conocer la frecuencia de una onda la dividimos en partes que van desde una
"cresta" a la siguiente de forma que el número de crestas que pasa por un punto en cada
segundo es la frecuencia.
La frecuencia de una onda es la inversa de su período T (f = 1/T) , que es el tiempo que
tarda en avanzar una distancia igual a su longitud de onda.
3) Longitud de onda: La longitud de onda es un parámetro físico que indica el tamaño
de una onda y que por lo general se denota con la letra griega lambda (λ).
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La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas. Como todas las
distancias, se mide en metros, aunque dada la gran variedad de longitudes de onda que
existen suelen usarse múltiplos como el kilómetro (para ondas largas como las de radio
y televisón) o submúltiplos como el nanómetro o el Angstrom (para ondas cortas como
la radiación visible o los rayos X).
4)Rapidez de propagación: Es la rapidez con que se propaga la onda. Se calcula
utilizando la siguiente ecuación:
Donde:
V= velocidad
λ = longitud de onda
f = frecuencia
T= período
d= distancia
t= tiempo
V= λ*f
V= λ/T
V= d/t
EL SONIDO
Vibración y Sonido
En el mundo en que vivimos podemos percibir que estamos rodeados de distintos
sonidos.
En la práctica, podemos observar que estos
sonidos provienen de algún cuerpo que vibra, ya
sea sólido, líquido o gaseoso. Esta vibración se
transmite a los objetos con los que están
haciendo contacto. Las vibraciones que se
transmiten por el aire hacen vibrar nuestros
tímpanos, estos trasmiten el movimiento a la
cadena de huesecillos, donde son percibidos por
nuestro sistema nervioso, produciendo
finalmente la sensación sonora.
Como, el sonido responde a las siguientes características:
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Es una onda mecánica.: Una onda mecánica es una perturbación tensional que se
propaga a lo largo de un medio material para propagarse.
Es una onda longitudinal: Una onda longitudinal es una onda en la que el movimiento
de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la
onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas
de compresión.
Es una onda esférica : Una onda esférica, en física, es aquella onda tridimensional que
se propaga a la misma velocidad en todas direcciones. Se llama onda esférica porque
sus frentes de ondas son esferas concéntricas, cuyos centros coinciden con la
posición de la fuente de perturbación. Las ondas sonoras son ondas esféricas cuando
se propagan a través de un medio homogéneo, como el aire o el agua en reposo.
Modo de propagación:
El sonido (las ondas sonoras) son ondas mecánicas elásticas longitudinales u ondas de
compresión. Eso significa que:
Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que trasmita la
perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aun más lento en el
aire, y en el vacío no se propaga). Es el propio medio el que produce y propicia la
propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda
comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un
cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin
medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.
Por ello, deben existir dos factores para que exista el sonido:
* Una fuente de vibración mecánica.
* Un medio elástico a través del cual se propague la perturbación.
Rapidez de propagación del sonido
Como el sonido es una vibración, calculamos su rapidez de propagación con la misma
fórmula que calculamos la velocidad de propagación de las ondas.
V= λ*f
V= λ/T
La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las
características del medio en el que se transmite dicha propagación; presión, temperatura,
humedad, entre otros. y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera.
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los
líquidos mayor que en los gases:




En el agua es de 1.600 m/s.
En la madera es de 3.900 m/s.
En el acero es de 6.000 m/s.
La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20º) es de 340 m/s
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Fenómenos físicos que afectan a la propagación del sonido
1) Reflexión: Se da cuando una onda retorna al propio medio de propagación tras
incidir sobre una superficie. Cuando una forma de energía, como la luz o el sonido, se
transmite por un medio y llega a un medio diferente, lo normal es que parte de la
energía penetre en el segundo medio y parte sea reflejada.
Las superficies rugosas reflejan en muchas direcciones, y en este caso se habla de
reflexión difusa. Para reflejar un tren de ondas, la superficie reflectante debe ser más
ancha que media longitud de onda de las ondas incidentes.
Onda reflejada
Emisor
Objeto
Onda original
ECO: Es una repetición del sonido, producido por la reflexión del sonido en un objeto,
por lo tanto un eco es una onda sonora reflejada.
El intervalo de tiempo entre la emisión y la repetición del sonido corresponde al tiempo
que tardan las ondas en llegar al obstáculo y volver. Generalmente el eco es de
representación débil porque no todas las ondas del sonido original se reflejan.
Los ecos escuchados en las montañas se producen cuando las ondas sonoras rebotan en
grandes superficies alejadas más de 30 m de la fuente.
2) Refracción: Es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido. Es la desviación
que sufren las ondas en la dirección de su propagación, cuando el sonido pasa de un
medio a otro diferente. La refracción se debe a que al cambiar de medio, cambia la
velocidad de propagación del sonido.
La refracción también puede producirse dentro de un mismo medio, cuando las
características de este son homogéneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un
medio aumenta o disminuye la temperatura.
3) Absorción: La
capacidad de
absorción del sonido
de un material es la
relación entre la
energía absorbida por
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el material y la energía reflejada por el mismo. Es un valor que varía entre 0 (toda la
energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).
4) Transmisión: La velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente,
de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial.El
acero es un medio muy elástico, en contraste con la plasticina, que no lo es. Otros
factores que influyen son la temperatura y la densidad.
Cuando se produce la vibración sonora, el sonido no llega a nuestros oídos de
inmediato, sino que tiene que encontrar un camino para poder llegar.
MEDIOS DE TRANSMISIÓN
AGUA: las ballenas
AIRE: cuando hablamos el
transmiten sus sonidos a
sonido se transmite por el aire
través del agua
SÓLIDOS: golpeando la
madera con los dedos, se
transmite por medio
sólido
5) Difracción o dispersión: Si el sonido encuentra un obstáculo en su dirección de
propagación, es capaz de rodearlo y seguir propagándose.
En esta imagen, puedes
descubrir cuál línea
corresponde a la
difracción, cuál a la
refracción y cuál a la
reflexión?
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