Solucionario Ondas IV: fenómenos ondulatorios 2016

SOLUCIONARIO
GUÍA ESTÁNDAR ANUAL
Ondas IV: fenómenos
ondulatorios
SGUICES026CB32-A16V1
Solucionario guía
Ondas IV: fenómenos ondulatorios
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
A
E
E
D
B
D
A
C
B
D
E
B
B
D
E
B
D
D
E
E
C
C
D
C
D
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
Aplicación
Comprensión
Aplicación
Comprensión
Reconocimiento
Reconocimiento
Comprensión
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Aplicación
ASE
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
ASE
Comprensión
Aplicación
ASE
Ítem
Alternativa
1
A
2
E
3
E
Defensa
La reflexión de un sonido produce el eco. Si ocurren varias
reflexiones sucesivas, entonces se produce la reverberación.
Ambos efectos pueden llegar a ser muy molestos y “deformar” el
sonido en un recinto cerrado, como sucede en un salón grande o
una iglesia, por ejemplo. Es por este motivo que lugares como las
salas de cine y estudios de grabación son recubiertos con
materiales blandos (como alfombras, espumas y cortinas), que
absorben el sonido y evitan su reflexión, mejorando la acústica del
lugar.
Los materiales tienen la capacidad de absorber algunas ondas y
reflejar otras. Un cuerpo se ve azul cuando refleja las ondas de
este color y absorbe las demás, incluyendo a las del color rojo.
Por lo tanto, si lo iluminamos con luz roja, absorberá toda la luz sin
reflejar nada, por lo que lo veremos negro.
Cuando la luz pasa de un medio de menor densidad (aire) a otro
de mayor densidad (agua) su velocidad de propagación
disminuye, debido a que la luz viaja, en general, más lentamente
en los medios más densos. Por este motivo el rayo refractado se
acerca a la normal y, por lo tanto, el ángulo de refracción es
menor que el ángulo de incidencia.
Al cambiar su velocidad de propagación la onda cambia
proporcionalmente su longitud de onda, pero su frecuencia
permanece constante.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Verdadero
III) Verdadero
4
D
La luz, ya sea monocromática (luz de un solo color, compuesta
por ondas de una sola frecuencia) o policromática (compuesta por
ondas de distinta frecuencia, como la luz blanca), experimenta los
fenómenos ondulatorios de refracción y difracción.
La dispersión es el fenómeno en el cual un material transparente,
como el de un prisma, descompone un rayo de luz policromática
que incide sobre él en los diferentes colores que la componen. Si
la luz está formada por un solo tipo de onda, es decir, si es
monocromática, al pasar por un prisma no podrá ser
descompuesta, por lo que no presentará dispersión. Así, solo la
luz policromática puede experimentar este fenómeno.
Por lo tanto:
I)
Verdadero II) Verdadero III) Falso
5
B
Si la velocidad de propagación de la onda es inversamente
proporcional a la densidad del medio por el que viaja, al pasar a
un medio menos denso la onda aumenta su velocidad.
Por otra parte, como la rapidez de propagación de la onda se
puede expresar como v    f , si v aumenta,  debe aumentar
en la misma proporción, ya que el valor de f permanece
constante.
Por último, al refractarse, la onda no modifica su amplitud ni su
frecuencia, por lo que tampoco modifica su periodo ni el número
de ciclos que compone el tren de ondas.
6
D
El ángulo de incidencia se forma entre el rayo incidente y la
normal. El ángulo de reflexión se forma entre el rayo reflejado y la
normal.
Cuando una onda se refleja, el ángulo de incidencia siempre es
igual al ángulo de reflexión. En este caso, se tiene que:
Ángulo de incidencia de R: 30º
Ángulo de incidencia de P: 60º
Así:
Ángulo de reflexión de R = 30º
Ángulo de reflexión de P = 60º
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Falso
7
A
Tal como se indica en el cuerpo de la pregunta, en el medio X la
rapidez de la onda es V y su frecuencia es f.
En el medio R duplica su rapidez, por lo tanto es 2V, mientras que
su frecuencia f permanece constante, pues esta no cambia
aunque la onda se transmita a un medio diferente.
En el medio S, la onda disminuye su rapidez (la que tenía en el
medio anterior) a un tercio, por lo que queda
frecuencia f permanece constante.
2V
, mientras que su
3
Recordando que
v  f  
v
f
calculamos la longitud de onda  en el medio S.
2V
2V 
v
2V

3   3 =
f
3f
f  f 
8
C
9
B
10
D
11
E
La capacidad de las ondas de rodear objetos que se encuentran
en su camino se denomina difracción.
Como ambos pulsos viajan en fase, cuando se superpongan se
producirá interferencia constructiva; por lo tanto, la amplitud
máxima del pulso resultante será la suma de las amplitudes
individuales de cada pulso, es decir
5 + 5 = 10 [cm].
De las alternativas presentadas, la A describe la relación entre dos
constantes; el índice de refracción del diamante y el del agua. La
B y la C corresponden a las definiciones de la reverberación y del
índice de refracción, respectivamente, y la E establece la
naturaleza de la resonancia como un fenómeno ondulatorio. En
cambio, la alternativa D presenta una relación permanente entre
dos variables, el ángulo de incidencia y el de reflexión, presentes
en el fenómeno de la reflexión de una onda, y establece que
ambos son siempre iguales. Esta corresponde, por consiguiente, a
una ley.
Rayo incidente: es el que incide o llega a una superficie o línea
que separa dos medios.
Rayo reflejado: es el que “rebota” sobre una superficie o línea que
separa dos medios.
Rayo refractado: es el rayo que, habiéndose transmitido desde
otro medio, con un ángulo de incidencia distinto de 0 grados,
comienza a propagarse por el nuevo medio con una dirección de
propagación distinta de aquella que tenía en el medio inicial.
Así, R es un rayo incidente, P es un rayo reflejado y M es un rayo
refractado.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Verdadero
12
B
Una de las condiciones necesarias para que el fenómeno de la
reflexión interna total ocurra es que el haz de luz se dirija desde
un medio de mayor índice de refracción a otro de índice menor; es
decir, la reflexión interna total solo se produce cuando la luz se
transmite desde un medio más denso a otro menos denso.
Otra condición necesaria para que este curioso fenómeno ocurra
es que el ángulo de incidencia debe ser mayor al ángulo límite (o
ángulo crítico), cuyo valor depende del medio en el cual se
encuentre la luz. Recuerda que, si el ángulo de incidencia toma el
valor del ángulo límite, entonces solo se produce “refracción
rasante” y no se produce la reflexión interna total.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Verdadero
III) Falso
13
B
En general, al iluminar un cuerpo su superficie refleja algunas
ondas y absorbe otras, lo que nos permite apreciar los objetos de
diferentes colores. Si el cuerpo es capaz de reflejar todas las
ondas que inciden sobre él (no absorbiendo ninguna), al ser
iluminado con luz blanca se verá blanco. Si la superficie del
cuerpo es capaz de absorber todas las ondas que inciden sobre
él, entonces lo veremos negro, ya que no habrá ondas de luz
reflejadas.
La absorción de luz genera un aumento de temperatura en el
cuerpo, por lo cual en un día de verano y mucho sol es
recomendable usar ropa clara, para así evitar la absorción de luz.
Por el contrario, en los días fríos y de sol tenue del invierno, es
más recomendable utilizar ropa oscura, lo que nos ayudará a
mantener una temperatura confortable en nuestro cuerpo al
absorber una mayor cantidad de ondas de luz.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Verdadero
III) Falso
14
D
Primero, recordemos que la rapidez de propagación v de una
onda se puede calcular como
v
distancia
 d  v t
tiempo
Si el sonido demoró 2 [s] en volver al submarino significa que le
tomó 1 [s] en alcanzar el fondo marino y 1 [s] en regresar.
Entonces, la distancia a la que se encuentra el fondo del mar es
 m 
v  1.450   
 s   d  1.450 1  1.450[m]

t  1[ s]

15
E
Recordemos que
v  f  f 
v

Considerando los datos del enunciado, calculamos la frecuencia
pedida.

m
v  1,5 
v 1,5

 5, 0[ Hz ]
s
 f  
 0,3

  30[cm]  0,3[m]
16
B
El tiempo que demora el generador de ondas en producir una
oscilación completa en la cuerda A es el periodo de la onda. Como
sabemos, el periodo se puede calcular
T
17
D
1
1

 0, 2[ s]
f 5, 0
Sabemos que
v  f
Como la frecuencia es constante aunque la onda viaje por medios
diferentes, entonces
f  5, 0  Hz 


m
  vB  B  f  0,1 5, 0  0,5  
B  10[cm]  0,1[m]
s
18
D
Para que la frecuencia de una onda cambie, es necesario que
cambie la frecuencia de la fuente que la genera. Así, al aumentar
la frecuencia de la fuente generadora aumenta la frecuencia de la
onda que viaja por las cuerdas A y B.
La velocidad de propagación de una onda depende de las
características del medio por el que viaja y no del valor de su
frecuencia. Por lo tanto, la velocidad de propagación de la onda en
las cuerdas A y B seguirá siendo la misma que antes, porque las
cuerdas siguen siendo las mismas. Por este motivo, si la
frecuencia aumenta, la longitud de onda deberá disminuir, para
que la velocidad de propagación en cada cuerda se mantenga
constante.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Falso
III) Verdadero
19
E
20
E
La resonancia es la vibración espontánea y/o el refuerzo en la
amplitud de vibración que experimenta un cuerpo cuando se ve
enfrentado a una vibración o sonido de su misma frecuencia
natural. La resonancia produce un “aumento en la intensidad” de
los sonidos.
Las personas, al igual que algunos instrumentos musicales,
poseemos una “caja de resonancia” natural, con la cual
obtenemos un mayor volumen en nuestra voz.
Al iluminar un cuerpo su superficie refleja algunas ondas y
absorbe otras, lo que nos permite apreciar los objetos de colores
diferentes. Si vemos un cuerpo rojo significa que su superficie es
capaz de reflejar estas ondas, absorbiendo todos los demás
colores del espectro visible.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Falso
III) Verdadero
21
C
El rayo de luz, al pasar del aire al interior del frasco de vidrio, se
refracta. Al salir, pasa del interior del frasco al aire, refractándose
nuevamente. Por el hecho de volver la luz al medio original del
cual provenía, y de ser un frasco de caras paralelas, el ángulo de
incidencia que forma el rayo de luz al ingresar al frasco es igual al
ángulo que forma con la normal al salir de él (no importando el
material que contenga el frasco), tal como lo muestra la siguiente
figura.
Por lo tanto, el ángulo que forma el rayo con la superficie del
frasco al salir es 60º.
22
C
I) Falso. La luz viaja en el vacío con una rapidez de
 km 
300.000 
, la máxima rapidez con la que se puede propagar.
 s 
II) Falso. En general, la luz viaja más rápido en los medios menos
densos. Por lo tanto, la velocidad de la luz en el agua es menor
que en el aire. El índice de refracción es inversamente
proporcional a la rapidez de la onda. Cuando la rapidez de la onda
disminuye, el índice de refracción aumenta. Por lo tanto, cuanto
más alto sea el índice de refracción de un material, más se reduce
la velocidad de la luz que viaja por él.
III) Verdadero. El ángulo que forma el rayo de luz con la normal
siempre será mayor en aquel medio en que la luz viaje más
rápido; en el agua la luz viaja más rápido que en el vidrio (el vidrio
es más denso), por lo que, al pasar del vidrio al agua, el rayo de
luz se alejará de la normal.
23
D
24
C
Si las ondas de sonido generadas por dos fuentes diferentes se
“anulan” entre sí, entonces están experimentando el fenómeno de
interferencia destructiva. Esto es lo que el niño percibe al situarse
entre los dos parlantes que emiten música y encontrar una zona
en la cual se produce silencio.
El índice de refracción es una medida de la resistencia del medio
al paso de la luz. Es un número adimensional (sin unidades) y se
calcula como:
n Benceno 
25
D
c
v Benceno
 km 
300.000 
 s   1,5

 km 
200.000 
 s 
Cuando una onda se transmite desde un medio a otro diferente, y
experimenta el fenómeno de la refracción, el ángulo que forma el
rayo con la normal siempre es mayor en el medio en el que la
onda viaja más rápido.
El sonido en el aire viaja más lento que en el agua, por ser esta
más densa. Por lo tanto, al pasar del aire al agua, la onda sonora
se aleja de la normal, tal como lo muestra la trayectoria D en el
ejercicio.
Así, la alternativa correcta es la D.