Guía Ondas II: el sonido 2016

Guía práctica
Ondas II: el sonido
Física
Estándar Anual
Nº__
Ejercicios PSU
1.
¿Con qué característica de la onda sonora está relacionada la intensidad de los sonidos que
escuchamos?
A)
B)
C)
D)
E)
2.
III)
A)
B)
C)
D)
E)
GUICES002CB32-A16V1
Frecuencia
Amplitud
Velocidad
Periodo
Longitud de onda
Respecto del ruido y la contaminación acústica, es correcto afirmar que
I)
II)
3.
Ciencias Básicas
Programa
la contaminación acústica puede ser producida por sonidos de bajo volumen.
el ruido siempre es producido por una mezcla de sonidos inarticulados, inarmónicos y
desagradables.
la contaminación acústica puede producir enfermedades fisiológicas y psicológicas a las
personas.
Solo I
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
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
emitida por el diapasón es
A)
B)
C)
D)
E)
2 [m]
4 [m]
6 [m]
170 [m]
340 [m]
Cpech
1
Ciencias Básicas Física
4.
En un experimento se sitúa una sirena (fuente sonora puntual) que comienza a emitir
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
5.
A)
f
4
B)
f
2
C)
f
D)
2f
E)
4f
Respecto del sonido, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es INCORRECTA?
A)
B)
C)
D)
E)
2
Cpech
Un sonido nos parece más agudo mientras mayor sea su frecuencia.
Cuando un receptor está en reposo, la frecuencia percibida del sonido de la bocina de un
automóvil que pasa cerca aumenta cuando este se aproxima.
Cuando un receptor está en reposo, la frecuencia percibida del sonido de la bocina de un
automóvil que pasa cerca disminuye cuando este se aleja.
El sonido solo se propaga en medios materiales.
La frecuencia del sonido aumenta al pasar del aire al agua.
GUÍA PRÁCTICA
6.
Una ballena en la superficie del mar emite ondas sonoras de 200 [Hz], de las cuales unas se propagan
por el aire y otras por el agua, abarcando una extensión circular a su alrededor. Si la rapidez del
sonido en el agua es vagua = 1.450 m , y la rapidez del sonido en el aire es v aire = 340 m , ¿cuál es
s
s
la diferencia entre las longitudes de onda del sonido propagado por el agua y por el aire?
A)
B)
C)
D)
E)
7.
El ultrasonido se caracteriza por ser
A)
B)
C)
D)
E)
8.
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 piano en una sala de conciertos emite una nota de frecuencia 494 [Hz]. Una persona en las
cercanías escucha esta nota como si fuera un LA (440 Hz). Respecto a lo anterior, es correcto
afirmar que la persona
A)
B)
C)
D)
E)
9.
1,70 [m]
5,55 [m]
7,25 [m]
8,35 [m]
9,25 [m]
se aleja del piano.
se acerca al piano.
está en reposo muy lejos del piano.
está en reposo muy cerca del piano.
se mueve en círculos alrededor del piano.
En una tempestad una persona observa un relámpago y 15 [s] después escucha el trueno. Si la
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]
Cpech
3
Ciencias Básicas Física
10.
Con respecto a las longitudes de onda ( ) de las ondas sonoras que viajan por el aire, es correcto
afirmar que (considere que la rapidez del sonido en el aire es 340 m )
s
11.
12.
I)
II)
III)
la menor audible por el ser humano es = 1,7 [cm].
si = 19 [m], entonces se trata de un infrasonido.
el sonido más grave audible por el ser humano corresponde a
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Una persona al lado de una piscina pulsa en un piano la tecla correspondiente a la nota LA
(440 Hz). Si la rapidez del sonido en el aire y en el agua es 340 m y 1.450 m , respectivamente,
s
s
entonces es correcto afirmar que
I)
II)
III)
la longitud de onda del sonido en el aire es 77 [cm], aproximadamente.
la longitud de onda del sonido en el agua es 3,3 [m], aproximadamente.
la frecuencia del sonido en el agua es 440 [Hz].
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Una flauta y un clarinete emiten un sonido de igual tono, siendo la amplitud de la onda sonora
generada por el clarinete mayor que la de la onda generada por la flauta. Entonces es INCORRECTO
afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
13.
4
Cpech
= 17 [m].
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.
En una orquesta una flauta produce un sonido muy agudo y una tuba uno muy grave. Respecto
de esta situación, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
la flauta produce un sonido de menor longitud de onda que aquel producido por la tuba.
la tuba produce un sonido de menor frecuencia que aquel producido por la flauta.
el sonido de la flauta viaja por el aire con mayor rapidez que el de la tuba, por ser un sonido
más agudo.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
GUÍA PRÁCTICA
14.
15.
Dentro de las estructuras pertenecientes al oído medio, es correcto afirmar que se encuentra(n)
I)
II)
III)
el pabellón.
la ventana oval.
la trompa de Eustaquio.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
La figura muestra las partículas de un medio por el cual se propagan 2 ondas sonoras (ondas
longitudiales), A y B, en un determinado intervalo de tiempo.
A
B
Respecto de estas ondas, es correcto afirmar que
16.
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
Un flautista emite tres notas musicales distintas: LA, RE y MI, es decir, notas musicales con
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)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
Cpech
5
Ciencias Básicas Física
17.
Los diagramas representan distintos sonidos emitidos durante un mismo intervalo de tiempo. Al
respecto, es correcto afirmar que
Sonido P
Sonido R
18.
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
El oído es un órgano que actúa como un transductor entre el sonido que viaja por distintos medios
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)
19.
Sonido Q
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.
m
Un automóvil se aleja a 34 s de un observador en reposo. Si la frecuencia del sonido que emite
el motor en reposo es 270 [Hz], y sabiendo que la rapidez del sonido en el aire es 340 m
s , ¿cuál
es la frecuencia aproximada que percibe el observador?
A)
B)
C)
D)
E)
6
Cpech
185 [Hz]
200 [Hz]
245 [Hz]
315 [Hz]
360 [Hz]
GUÍA PRÁCTICA
20.
Considerando que f es la frecuencia emitida por el sonido del motor de un automóvil en reposo,
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)
21.
f <
f =
f1 >
f >
f1 >
f1 <
f1 <
f >
f1 >
f2 =
f2
f2
f2
f2
f
Un cañón es disparado en la cima de un cerro y la onda sonora que genera se esparce por el aire
viajando a 340 m , aproximadamente. Justo en el momento del disparo, un avión pasa por el
s
lugar, viajando a la misma velocidad de la onda. La figura adjunta muestra tres instantes distintos
de la situación, en donde se ve el avión desplazándose por el aire conjuntamente con la onda
sonora.
t1
t2
t3
En estas condiciones y respecto del sonido emitido por el cañón, ¿qué percibe el piloto del avión
entre los instantes t2 y t3?
A)
B)
C)
D)
E)
No percibe el sonido del cañón.
Percibe el sonido del disparo, pero con una frecuencia menor que la real y una
que se mantiene en el tiempo.
Percibe el sonido del disparo, pero con una frecuencia mayor que la real y una
que disminuye en el tiempo.
Percibe el estruendo del disparo como un sonido continuo, que disminuye en
mientras vuela.
Percibe el estruendo del disparo como un sonido intermitente, que aumenta en
mientras vuela.
intensidad
intensidad
intensidad
intensidad
Cpech
7
Ciencias Básicas Física
22.
En muchas ciudades del mundo uno de los problemas actuales corresponde a la contaminación
acústica. Respecto de esta forma de contaminación, ¿con qué característica de la onda sonora
está relacionado, principalmente, este problema en las calles de las grandes urbes?
A)
B)
C)
D)
E)
23.
Frecuencia
Periodo
Longitud de onda
Rapidez de propagación
Amplitud
En un experimento de laboratorio, un grupo de alumnos observa que cada vez que golpean un
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)
24.
Un cantante de ópera tiene la capacidad de emitir una amplia gama de sonidos de diferente
frecuencia. Si mientras canta aumenta la frecuencia de un sonido al doble, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
8
Cpech
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.
la rapidez de propagación de la onda sonora en el aire aumenta al doble.
la rapidez de propagación de la onda sonora en el aire disminuye a la mitad.
la longitud de onda de la onda sonora aumenta al doble.
el periodo de la onda sonora disminuye a la mitad.
la intensidad del sonido aumenta al doble.
GUÍA PRÁCTICA
25.
Alejandro y Franco corren con la misma rapidez hacia una sirena que genera un sonido de
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.
Cpech
9
Ciencias Básicas Física
Tabla de corrección
Ítem
10
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Reconocimiento
2
Reconocimiento
3
Aplicación
4
ASE
5
Reconocimiento
6
Aplicación
7
Comprensión
8
Comprensión
9
Aplicación
10
ASE
11
Aplicación
12
Comprensión
13
Comprensión
14
Reconocimiento
15
ASE
16
Comprensión
17
Aplicación
18
Aplicación
19
Aplicación
20
Comprensión
21
ASE
22
Comprensión
23
Comprensión
24
Comprensión
25
ASE
GUÍA PRÁCTICA
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
Ciencias Básicas 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
Cpech
GUÍA PRÁCTICA
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
Ciencias Básicas 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
Cpech
Tímpano
Cavidad
timpánica
Trompa de
Eustaquio
GUÍA PRÁCTICA
Mis apuntes
Cpech
15
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.