Guía Ondas II: el sonido 2016

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a
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P
o
c
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c
é
T
ma
a
r
g
o
r
P
FÍ SIC A
Ondas II: el sonido
Nº
Ejercicios PSU
1.
¿Con qué característica de la onda sonora está relacionada la intensidad de los sonidos que
MC escuchamos?
A)
B)
C)
D)
E)
2.
MC
El ultrasonido se caracteriza por ser
A)
B)
C)
D)
E)
3.
MC
Frecuencia
Amplitud
Velocidad
Periodo
Longitud de onda
una onda supersónica.
un sonido de alta energía.
un sonido de frecuencia mayor a la del sonido audible.
una onda electromagnética.
una onda de longitud de onda mayor a la del sonido audible.
Un diapasón vibra a 170 [Hz] y la onda emitida por él se propaga con una rapidez de 340 m
s .
Considerando lo anterior, se puede afirmar correctamente que la longitud de onda de la onda
GUICTC002TC32-A16V1
emitida por el diapasón es
A)
B)
C)
D)
E)
2 [m]
4 [m]
6 [m]
170 [m]
340 [m]
Cpech
1
FÍSICA
4.
Respecto del ruido y la contaminación acústica, es correcto afirmar que
MC
I) la contaminación acústica puede ser producida por sonidos de bajo volumen.
II) el ruido siempre es producido por una mezcla de sonidos inarticulados, inarmónicos y
desagradables.
III) la contaminación acústica puede producir enfermedades fisiológicas y psicológicas a las
personas.
A)
B)
C)
5.
Solo I
Solo I y II
Solo I y III
D)
E)
Solo II y III
I, II y III
En un experimento se sitúa una sirena (fuente sonora puntual) que comienza a emitir
MC constantemente un sonido de frecuencia f, compuesto por ondas circulares que se propagan
radialmente. Estas ondas se alejan de la fuente con una rapidez constante v, según muestran las
flechas en el dibujo adjunto. Al mismo tiempo, una persona P comienza a moverse en círculos
alrededor de la fuente, con una rapidez constante v , es decir, con la mitad de la rapidez con la
2
que se desplaza el sonido.
v
v
Fuente
v
v
P
v
2
En estas condiciones, una vez que las ondas sonoras alcancen a la persona P, podemos afirmar
correctamente que esta percibirá un sonido de frecuencia
2
2
Cpech
A)
f
4
B)
f
2
C)
f
D)
2f
E)
4f
GUÍA
6.
En una tempestad una persona observa un relámpago y 15 [s] después escucha el trueno. Si la
MC rapidez de propagación del sonido en el aire es 340 m , ¿a qué distancia se produjo la descarga
s
eléctrica?
A)
B)
C)
D)
E)
15 [m]
23 [m]
340 [m]
2.500 [m]
5.100 [m]
7.
En un experimento de laboratorio, un grupo de alumnos observa que cada vez que golpean un
MC tarro, vibra el azúcar que se ha derramado accidentalmente sobre la tela de un pandero que se
encuentra cerca, tal como lo muestran las siguientes imágenes.
1: Azúcar sobre la tela de un pandero
2: Alumno golpeando un tarro
3: Detalle del azúcar que vibra en el
pandero cuando el tarro es golpeado
Al respecto, ¿cuál de las siguientes opciones corresponde a una hipótesis correctamente
formulada para explicar la razón por la cual sucede este fenómeno?
A)
B)
C)
D)
E)
El sonido es una onda longitudinal.
El sonido se propaga más rápido en el azúcar que en el aire.
La vibración generada en el tarro cuando es golpeado viaja más rápidamente en el aire, por
lo cual los alumnos no aprecian que sus moléculas vibran de la misma forma que los granos
de azúcar.
La vibración generada por el tarro cuando es golpeado viaja a través del aire y hace vibrar
la tela del pandero, lo que provoca el movimiento de los granos de azúcar.
El pandero transforma la vibración mecánica generada por el tarro en una onda
electromagnética.
Cpech
3
FÍSICA
8.
El cuadro de la figura muestra los rangos de frecuencia audibles para distintas especies animales.
MTP
Campo auditivo humano
Infrasonidos
0
20
20.000
Ultrasonidos
40.000
160.000 Frecuencias (Hz)
Elefante, topo
Gato, perro
Murciélago,
delfín
Respecto de la información contenida en el cuadro, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
D)
E)
4
4
Cpech
los perros y gatos son capaces de sentir los temblores antes que los humanos, al percibir
los sonidos infrasónicos de las ondas sísmicas.
los murciélagos y delfines logran percibir sonidos de muy bajo volumen, que los humanos
no logran percibir.
existen sonidos de cierto tono, audibles para los elefantes, topos, gatos, perros y las
personas, pero inaudibles para los delfines y murciélagos.
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
GUÍA
9.
Un niño observa pasar lentamente un avión a la distancia, sobre el horizonte, tal como se ve en
MTP la figura. Siendo un gran avión de pasajeros, el niño pone atención para escuchar el sonido de
las turbinas cuando el avión pase frente a él. Sin embargo, encontrándose frente al niño
(instante t 1), este no escucha ningún sonido. Un instante después (en t2), el niño logra escuchar
el sonido de los motores del avión, pero curiosamente este ya se ha alejado bastante de él, tal
como lo muestra la imagen.
t1
t2
Respecto de esta situación, ¿cuál de las siguientes alternativas explica correctamente el fenómeno
sonoro experimentado por el niño?
A)
B)
C)
D)
E)
El sonido tiende a viajar en línea recta, pero en este caso se curva en el aire por lo que llega
al niño un instante después de que el avión ha pasado frente a él.
El sonido nunca viaja en línea recta, por lo que se curva en el aire y llega al niño un instante
después de que el avión ha pasado frente a él.
El avión viaja más lento que el sonido, por lo que este llega al niño un instante después de
que el avión ha pasado frente a él.
El sonido viaja en el aire a una velocidad determinada, por lo que necesita un cierto tiempo
para recorrer la distancia que separa al avión del niño.
El sonido experimenta efecto Doppler, por lo que se retrasa respecto de la fuente emisora.
10. El oído es un órgano que actúa como un transductor entre el sonido que viaja por distintos medios
MC a nuestro alrededor y nuestro cerebro, permitiéndonos finalmente experimentar una “sensación
sonora”. Respecto del orden en que se producen los procesos al interior del oído, desde que
la onda sonora es captada hasta que se percibe la sensación sonora en nuestro cerebro, la
alternativa correcta es
A)
B)
C)
D)
E)
vibración del tímpano; vibración del martillo, yunque y estribo; vibración de la ventana oval;
impulso nervioso desde la cóclea al cerebro.
vibración del tímpano; vibración de la cóclea; vibración del martillo, yunque y estribo; impulso
nervioso desde la trompa de Eustaquio al cerebro.
vibración del tímpano; impulso nervioso desde el canal auditivo; vibración del martillo,
yunque y estribo; impulso nervioso desde el vestíbulo al cerebro.
vibración del tímpano; vibración de la trompa de Eustaquio; vibración del martillo, yunque y
estribo; impulso nervioso desde los canales semicirculares al cerebro.
vibración del tímpano; vibración del martillo, yunque y estribo; vibración de la trompa de
Eustaquio; impulso nervioso desde el laberinto membranoso al cerebro.
Cpech
5
FÍSICA
11. Alejandro y Franco corren con la misma rapidez hacia una sirena que genera un sonido de
MC frecuencia 340 [Hz].
m
VA = 10 s
m
VF = 10 s
20 [m]
Si Alejandro se encuentra 20 [m] más atrás de Franco, los sonidos que perciben
I)
II)
III)
tienen igual tono.
corresponden a ondas de frecuencia mayor a 340 [Hz].
corresponden a ondas de distinta frecuencia.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
solo I y III.
12. Los diagramas representan distintos sonidos emitidos durante un mismo intervalo de tiempo. Al
MC respecto, es correcto afirmar que
Sonido P
Sonido R
6
6
Cpech
Sonido Q
Sonido M
I)
II)
III)
el sonido P tiene mayor longitud de onda que el sonido Q.
el sonido M es más agudo que el sonido R.
el sonido Q es más grave que el sonido M.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
GUÍA
13. Una onda sonora se desplaza por un medio 1 con rapidez v, longitud de onda 1 y frecuencia f.
MTP Si al ingresar a un medio 2 su rapidez de propagación disminuye a la quinta parte, y su longitud
de onda es 2, ¿cuál de las siguientes alternativas muestra la relación correcta entre 1 y 2?
A)
1
2
=
C)
2
=
D)
2
5 1
= 4
E)
2
=5
B)
5
4 1
= 5
2
1
1
14. ¿Cúal(es) de las siguientes modificaciones logra(n) producir un cambio en el timbre de un sonido?
MTP
I) Cambiar la frecuencia de la onda sonora.
II) Modificar las características físicas del objeto que emite el sonido.
III) Modificar la amplitud de la onda sonora.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo II
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
15. Considerando que f es la frecuencia emitida por el sonido del motor de un automóvil en reposo,
MC f1 la frecuencia percibida por un receptor que se acerca al auto y f2 la frecuencia percibida por un
receptor que se aleja del auto, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
f <
f =
f1 >
f >
f1 >
f1 <
f1 <
f >
f1 >
f2 =
f2
f2
f2
f2
f
16. Una flauta y un clarinete emiten un sonido de igual tono, siendo la amplitud de la onda sonora
MC generada por el clarinete mayor que la de la onda generada por la flauta. Entonces es INCORRECTO
afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
una persona situada a la misma distancia de ambos instrumentos percibe con mayor
intensidad el sonido del clarinete.
las frecuencias de los sonidos emitidos por los instrumentos son iguales.
ambos instrumentos emiten la misma nota musical.
una persona que se encuentra cerca percibe sonidos de timbres iguales.
si una persona se aleja de los instrumentos emisores percibe los sonidos con menor
intensidad.
Cpech
7
FÍSICA
17. Un flautista emite tres notas musicales distintas: LA, RE y MI, es decir, notas musicales con
MC frecuencias diferentes. Respecto de estos sonidos, es correcto afirmar que, por ser notas de
frecuencias distintas,
I)
II)
III)
viajan a distinta velocidad por el aire.
tienen distinta longitud de onda.
si ingresan a otro medio sus frecuencias cambiarán proporcionalmente a su rapidez de
propagación.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
18. La figura muestra las partículas de un medio por el cual se propagan 2 ondas sonoras (ondas
MC longitudiales), A y B, en un determinado intervalo de tiempo.
A
B
Respecto de estas ondas, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
A es una onda sonora de mayor periodo que B.
B corresponde a un sonido de tono más grave que A.
A se desplaza más rápido que B.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
19. Para el ser humano, un sonido de 20 decibeles producido por una onda sonora de 20 kilohertz
MTP corresponde a
A)
B)
C)
D)
E)
8
8
Cpech
un sonido agudo de alta intensidad.
un ultrasonido de alta intensidad.
un sonido grave de baja intensidad.
un sonido agudo de baja intensidad.
un sonido grave de alta intensidad.
GUÍA
20. Una onda sonora se transmite sin pérdidas de energía desde un medio 1 hacia un medio 2,
MTP de mayor densidad. ¿Cuál de las siguientes imágenes representa correctamente la onda de la
situación descrita?
Medio 1
Medio 2
Medio 1
A)
Medio 1
Medio 2
B)
Medio 2
Medio 1
C)
Medio 2
D)
Medio 1
Medio 2
E)
Cpech
9
FÍSICA
Tabla de corrección
Item
10
10
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Reconocimiento
2
Comprensión
3
Aplicación
4
Reconocimiento
5
ASE
6
Aplicación
7
Comprensión
8
ASE
9
Comprensión
10
Aplicación
11
ASE
12
Aplicación
13
Aplicación
14
Comprensión
15
Comprensión
16
Comprensión
17
Comprensión
18
ASE
19
Comprensión
20
ASE
GUÍA
Resumen de contenidos
El sonido es una onda producida por un objeto material que vibra y que puede propagarse por un medio
(sólido, líquido o gaseoso) cuyas partículas tienen la capacidad de vibrar (medio elástico). Es una onda
mecánica y longitudinal.
Clasificación del sonido de acuerdo a la frecuencia
Rango audible
Infrasonido
0
20
100
200
2.000
Ultrasonido
5.000
20.000
f (Hz)
Las características del sonido son las que diferencian
un sonido de otro:
•
•
•
•
Volumen o intensidad
Tono o altura
Timbre
Volumen o intensidad: Está relacionado con la energía que la onda sonora transporta y, por lo
tanto, con la amplitud de la onda; a mayor amplitud, mayor volumen del sonido. Se mide en una
unidad llamada decibel (dB).
Sonido débil
Sonido intenso
Intensidad de los sonidos en decibeles [dB]
0
Umbral de
audición
20
30
Llave Susurro
goteando
45-60
90
Conversación
normal
Tráfico alto
110
Concierto
de rock
120
Umbral
del
dolor
Cpech
11
FÍSICA
•
Tono o altura: Es una característica del sonido que está relacionada con la frecuencia de la onda
sonora.
Las frecuencias bajas (vibraciones lentas) producen sonidos graves.
Las frecuencias altas (vibraciones rápidas) producen sonidos agudos.
Sonido grave
Sonido agudo
•
Timbre: Es una característica del sonido que permite diferenciar dos sonidos de igual tono e
intensidad, emitidos por fuentes sonoras diferentes, como por ejemplo un violín y una guitarra.
El timbre depende de las características constructivas del cuerpo que emite el sonido.
Representación de las ondas de
dos sonidos con el mismo tono e
intensidad, pero distinto timbre.
Transmisión de ondas de sonido
Todas la ondas, no importando su tipo, tienen la capacidad de propagarse por un medio (que les
permita el paso), pudiendo incluso trasladarse a otro medio distinto.
Al transmitirse entre dos medios, una onda cambia su velocidad y su longitud de onda, pero su frecuencia
permanece constante.
En el caso del sonido, la velocidad con la que se propaguen las ondas depende únicamente de las
características del medio, siendo independiente de la frecuencia que la onda posea. En general, el
sonido viaja más rápido en los medios más densos; es decir, el sonido viaja más rápido en los sólidos
que en los líquidos, así como su velocidad es mayor en los líquidos que en los gases.
En el aire, el sonido viaja más rápido a mayor temperatura.
12
12
Cpech
GUÍA
Efecto Doppler
Es el aparente cambio de tono que experimenta el sonido, producto del movimiento relativo entre el
emisor y el receptor. La frecuencia de la onda sonora que percibe el receptor se puede calcular con la
siguiente expresión.
f = f0
vS ± vR
vS
vF
Recuerda
En el efecto Doppler percibimos un “cambio aparente en el tono de un
sonido”, ya que ¡la frecuencia real de la onda sonora no se modifica!
Ruido, sonido y contaminación acústica
El ruido se puede definir como cualquier sonido no deseado o aquel calificado como desagradable o
molesto por quien lo percibe.
El ruido puede ser un sonido de alta intensidad (alto volumen), como también de baja intensidad,
pero que permanezca en el tiempo. Se puede producir por movimientos vibratorios no periódicos e
inarmónicos (o una mezcla de ellos), como el sonido de un vidrio al romperse. Pero también la más fina
pieza musical puede convertirse en ruido, para aquel a quien no le sea placentera escucharla.
Dependiendo de sus características el ruido puede producir efectos fisiológicos y/o psicológicos
acumulativos adversos, como daño auditivo parcial o permanente, estrés, pérdida de la concentración,
insomnio, entre otros.
La contaminación acústica se define como la interferencia que el ruido provoca en las actividades que
realizamos.
Cpech
13
FÍSICA
El oído
El oído está compuesto por un conjunto de órganos y estructuras que nos permiten captar, amplificar y
codificar información para enviarla a nuestro cerebro. Se divide en tres partes: oído externo, oído medio
y oído interno.
a. Oído externo
Está formado por el pabellón auditivo y el conducto auditivo externo. El pabellón auditivo capta y dirige
las ondas sonoras hacia el conducto auditivo. Este último conduce los sonidos hasta el tímpano, el que
mediante vibraciones los transmite al oído medio.
b. Oído medio
Es una cavidad delimitada por el tímpano y por la ventana oval. En esta cavidad se encuentran el
martillo, el yunque y el estribo, cuya función es amplificar las vibraciones del tímpano mientras las
transmiten hacia la ventana oval. En el oído medio también se encuentra la trompa de Eustaquio, cuya
función es igualar la presión a ambos lados del tímpano.
c. Oído interno
Está constituido por el laberinto óseo y el laberinto membranoso. El laberinto óseo se divide en tres
estructuras: los canales semicirculares, el vestíbulo y el caracol. Las dos primeras se relacionan con
la función de mantención del equilibrio. La tercera, el caracol o cóclea, se relaciona con la audición al
convertir las vibraciones de la ventana oval en pequeños impulsos nerviosos, que son conducidos al
cerebro a través del nervio coclear para allí ser interpretados finalmente como una sensación acústica.
Estribo
(pegado a la ventana oval)
Pabellón
auditivo
Yunque
Martillo
Canales
semicirculares
Nervio
coclear
Cóclea
(caracol)
Ventana redonda
Canal
auditivo
externo
14
14
Cpech
Tímpano
Cavidad
timpánica
Trompa de
Eustaquio
GUÍA
Mis apuntes
Cpech
15
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.