Programa Estándar Anual Guía práctica Ondas I: ondas y sus características Física Nº__ 1. ”Número de ondas o ciclos por unidad de tiempo”, la definición anterior corresponde a A) B) C) 2. 3. Ciencias Básicas Ejercicios PSU periodo. frecuencia. longitud de onda. D) E) velocidad de propagación. elongación. Con respecto a la propagación de las ondas electromagnéticas, es correcto afirmar que I) II) III) pueden viajar en el vacío. producen oscilación de las partículas al desplazarse por un medio material. no se propagan en medios materiales. A) B) C) Solo I Solo II Solo III D) E) Solo I y II Solo I y III P, Q y R equivalen a longitudes iguales que hay entre dos puntos equivalentes y consecutivos de una onda, tal como lo muestra la figura. Q GUICES001CB32-A15V1 P R Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que A) B) C) D) E) P es el periodo, Q es la frecuencia y R es la longitud de onda. Q es un ciclo, P es la amplitud y R es la frecuencia. P es el periodo, Q es la longitud de onda y R es un ciclo. P, Q y R corresponden a la máxima elongación de las partículas. P, Q y R son longitudes de onda. Cpech 1 Ciencias Básicas Física 4. En una cuerda que se encuentra fija en los extremos y sometida a tensión se pueden generar distintos tipos de ondas estacionarias. ¿En cuál de los siguientes modos de vibración se presentan exactamente 4 nodos en la cuerda? A) B) C) Primer armónico Segundo armónico Tercer armónico D) E) Cuarto armónico Quinto armónico 5. Una onda se desplaza por un medio homogéneo con rapidez constante, tal como lo muestra el gráfico adjunto. Si su longitud de onda es un tercio de la distancia que recorre en 3 segundos, ¿cuál es la frecuencia de la onda? v m s A) 1 [Hz] B) 3 [Hz] 300 C) 100 [Hz] D) 300 [Hz] E) 900 [Hz] 3 t [s] 6. Si la onda de la figura demoró 30 [s] en ir de A hasta B, ¿cuál de las siguientes alternativas es INCORRECTA? A B 90 [m] A) B) C) D) E) 7. El número de ciclos de la onda es 3. La frecuencia es 0,1 [Hz]. El periodo es 10 [s]. La longitud de onda es 30 [m]. La rapidez de propagación es 9 m . s Dentro de las características de las ondas mecánicas se afirma que I) II) III) en su propagación existe transmisión de energía. se propagan en el vacío. m tienen una rapidez de propagación del orden de los 340 s . Es (son) correcta(s) A) B) C) 2 Cpech solo I. solo II. solo III. D) E) solo I y II. solo II y III. GUÍA PRÁCTICA 8. 9. En una cuerda de 4 metros de largo, que se encuentra fija en los extremos, se genera una onda estacionaria. Si la cuerda vibra en su frecuencia fundamental y esta es de 100 [Hz], ¿cuál es su rapidez de propagación? A) m 4 s D) m 400 s B) 25 m s E) 800 m s C) 100 m s m Una onda viaja con una rapidez de 100 s por una cuerda de 1 [m] de longitud y 1 [g] de masa, sometida a tensión. ¿Cuál es el módulo de la tensión en la cuerda? A) B) C) 10. D) E) 10 [N] 100 [N] Una cuerda de 1 metro de longitud y masa 0,5 [kg] está fija en ambos extremos. Si la tensión en la cuerda es de 50 [N] y se encuentra vibrando en el segundo armónico, ¿cuál es la frecuencia con la que vibra? A) B) C) 11. 0,01 [N] 0,1 [N] 1 [N] 2 [Hz] 5 [Hz] 10 [Hz] D) E) 100 [Hz] 200 [Hz] m Una onda mecánica posee una rapidez de propagación de 20 s y una longitud de onda de 10 [m]. ¿Cuál es el periodo de dicha onda? A) B) C) 0,5 [s] 2,0 [s] 2,5 [s] D) E) 5,0 [s] 10,0 [s] Cpech 3 Ciencias Básicas Física 12. Dos ondas, A y B, se propagan por el mismo medio, recorriendo la misma distancia en el mismo tiempo, tal como lo muestra la figura adjunta. A B 40 [m] Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que 13. I) II) III) ambas poseen la misma frecuencia. la rapidez de B es el doble que la rapidez de A. la longitud de onda de A es el triple de la de B. A) B) C) Solo I Solo II Solo III C) D) E) Cpech D) E) 4 5 se desplaza con la onda, vibrando paralelamente a la dirección de propagación de esta. se desplaza con la onda, vibrando perpendicularmente a la dirección de propagación de esta. oscila en torno a un punto fijo, vibrando paralelamente a la dirección de propagación de la onda. oscila en torno a un punto fijo, vibrando perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. vibra en torno a un punto fijo, desplazándose con la onda siempre en un solo sentido de propagación. Una onda viaja por una cuerda. Si la distancia entre dos nodos consecutivos es de 6 [cm], ¿cuál es su longitud de onda? A) B) C) 4 1 2 3 En la propagación de una onda mecánica y transversal, una determinada partícula del medio A) B) 15. Solo I y II Solo II y III En una cuerda vibrante se genera una onda estacionaria. Si la frecuencia de oscilación corresponde al segundo armónico, ¿cuántos nodos se producen? A) B) C) 14. D) E) 2 [cm] 3 [cm] 4 [cm] D) E) 6 [cm] 12 [cm] GUÍA PRÁCTICA 16. Un dispositivo mecánico produce ondas en una cuerda que se encuentra fija en uno de sus extremos. Si la fuente generadora de ondas aumenta su frecuencia al doble, entonces I) II) III) el tiempo que demora un antinodo en realizar una oscilación aumenta al doble. el tiempo que demora un punto de la cuerda en realizar una oscilación disminuye a la mitad. la rapidez de propagación de la onda aumenta al doble. Es (son) correcta(s) A) B) C) 17. solo I. solo II. solo III. D) E) solo I y III. solo II y III. La siguiente figura corresponde al gráfico de elongación en el tiempo de una partícula de un medio P en el cual se propaga una onda. x [cm] 6 3 t [s] -6 Respecto a lo anterior, y considerando que la máxima elongación de esta partícula también corresponde a la máxima elongación de las partículas del medio P, se afirma que I) II) III) la amplitud de la onda es 6 centímetros. m la rapidez de propagación de la onda es de 2 s . la gráfica corresponde a una onda transversal. Es (son) correcta(s) A) B) C) 18. solo I. solo II. solo III. D) E) solo I y II. solo I y III. Dos cuerdas idénticas, A y B, de longitud 3 metros y sometidas a la misma tensión, se hacen vibrar de tal forma que en ambas se generan ondas estacionarias. Si la cuerda A vibra en su frecuencia fundamental y la cuerda B lo hace en el segundo armónico, ¿cuál es la diferencia entre las longitudes de onda (lA - lB) de las ondas generadas en las cuerdas? A) B) C) 1,0 [m] 1,5 [m] 2,0 [m] D) E) 3,0 [m] 6,0 [m] Cpech 5 Ciencias Básicas Física 19. 20. Dos personas están en las márgenes opuestas de una laguna de aguas tranquilas. Para comunicarse entre sí una de ellas pone una nota en una botella, la cierra y la deja en la laguna (sin velocidad inicial), moviendo el agua periódicamente para producir ondas que se propaguen. Respecto de esto último, es correcto afirmar que I) II) III) mientras mayor sea la frecuencia, más rápido llegará la botella a la otra orilla. mientras menor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda de las olas. la botella no logrará cruzar la laguna. A) B) C) Solo I Solo II Solo III 22. 6 Cpech Solo I y II Solo II y III En un lago el viento produce ondas periódicas cuya longitud de onda es 10 [m], que se propagan a 2 m . ¿Cuál es la frecuencia de oscilación de un barco que está anclado en el lago? s A) B) C) 21. D) E) 0,2 [Hz] 0,5 [Hz] 2,0 [Hz] D) E) 5,0 [Hz] 20,0 [Hz] En un recipiente con agua, una máquina generadora de ondas produce olas con las siguientes características: amplitud de 8 [cm], periodo de 0,5 [s] y longitud de onda de 12 [cm]. ¿Cuál es la rapidez de propagación y frecuencia de las olas? A) cm 6 s y 0,5 [Hz] D) cm 24 s y 0,5 [Hz] B) 6 cm s y 2,0 [Hz] E) 24 cm y 2,0 [Hz] s C) 16 cm y 2,0 [Hz] s Si una cuerda de violín está afinada con una tensión de 10 [N], ¿cuál es la rapidez de propagación de una onda en ella, si su longitud es 40 [cm] y su masa es 10 [g]? A) m 2 s D) 15 m s B) 4 m s E) 20 m s C) 12 m s GUÍA PRÁCTICA 23. Las ondas mecánicas transversales, A y B, de la figura recorren desde 0 a P una distancia de 18 [cm] en 0,2 [s]. x [cm] 3 v A P 0 -3 t [s] B Al respecto, es INCORRECTO señalar que A) B) C) D) E) 24. las ondas B y A tienen 4 ciclos y 2 ciclos, respectivamente. la longitud de onda de B y A es 4,5 [cm] y 9 [cm], respectivamente. la rapidez de propagación de las ondas A y B es 90 cm. s el periodo de la onda B es 0,05 [s]. la frecuencia de la onda A es 20 [Hz]. La siguiente expresión corresponde a la rapidez de propagación de una onda en una cuerda sometida a tensión. v= T μ Considerando la ecuación anterior, donde v es la rapidez de propagación, T es la tensión en la m cuerda y μ corresponde a su masa por unidad de longitud (μ = ), ¿cuál(es) de las siguientes L afirmaciones es (son) correcta(s)? I) II) III) A) B) C) Al aumentar la masa por unidad de longitud de la cuerda, aumenta la rapidez de propagación de la onda. Al disminuir a la mitad la tensión, disminuye a la mitad la rapidez de propagación de la onda. Al aumentar al doble la masa por unidad de longitud y la tensión en la cuerda, la rapidez de propagación de la onda se mantiene constante. Solo I Solo II Solo III D) E) Solo I y III Solo II y III Cpech 7 Ciencias Básicas Física 25. Un dispositivo mecánico perturba constantemente una cuerda de guitarra tensada. Si la longitud de la cuerda es de 90 [cm], ¿cuál(es) de las siguientes opciones muestra(n) una situación posible al generar una onda estacionaria en ella? I) II) III) La longitud de onda es de 180 [cm]. La longitud de onda es de 270 [cm]. En la cuerda existen exactamente 3 nodos y 2 antinodos. A) B) C) Solo I Solo II Solo III D) E) Solo I y III I, II y III Tabla de corrección Item 8 Cpech Alternativa Habilidad 1 Reconocimiento 2 Reconocimiento 3 Comprensión 4 Comprensión 5 Aplicación 6 Aplicación 7 Reconocimiento 8 Aplicación 9 Aplicación 10 Aplicación 11 Aplicación 12 Aplicación 13 Comprensión 14 Comprensión 15 Aplicación 16 ASE 17 Comprensión 18 Aplicación 19 Comprensión 20 Aplicación 21 Aplicación 22 Aplicación 23 ASE 24 ASE 25 ASE GUÍA PRÁCTICA Resumen de contenidos Las Ondas son perturbaciones que se propagan por un medio, produciendo oscilación en las partículas. Pueden viajar por medios materiales y algunas también por el vacío, transportando energía, pero no materia. Longitud de onda Monte Nodo Amplitud λ Línea de equilibrio λ Valle Elongación Longitud de onda Observación Rapidez media o rapidez: cociente entre la distancia recorrida y el tiempo empleado en recorrerla. rapidez = distancia tiempo • Longitud de onda (l): Distancia entre 2 puntos equivalentes y consecutivos. Unidades S.I.: metro C.G.S.: centímetro l= • longitud del tren de onda nº de ondas del tren Periodo (T): Es el tiempo que demora un punto del medio en realizar una oscilación completa. El periodo de una onda permanece constante. Unidades S.I. y C.G.S.: segundo T= tiempo nº de ondas Cpech 9 Ciencias Básicas Física • Frecuencia (f): Es la cantidad de oscilaciones por unidad de tiempo. La frecuencia de una onda permanece constante. Unidades S.I. y C.G.S.: hertz nº de ondas f= tiempo 1 vibración oscilación 1 [Hz] = 1 [hertz] = segundo = 1 [rps] = 1 =1 = 1 [s-1] segundo segundo • Relación entre frecuencia y periodo f= • La rapidez de propagación (v) es característica de cada tipo de onda y del medio por el cual se propaga. Es constante mientras la onda viaje por el mismo medio. Unidades v=λ·f S.I.: m s C.G.S.: cm s v=λ· 10 Cpech 1 T 1 T GUÍA PRÁCTICA Clasificación de las ondas Mecánicas Se propagan solo por medios materiales. Naturaleza. Electromagnéticas Longitudinales ONDAS Se clasifican según Dirección de oscilación de las partículas del medio. Transversales Viajeras Se propagan por medios materiales y también por el vacío. Las partículas del medio oscilan en la dirección de propagación de la onda. Las partículas del medio oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Se propagan en un solo sentido. Sentido de propagación. Estacionarias Se forman por la superposición de dos ondas viajeras que se propagan en sentidos contrarios. Cpech 11 Ciencias Básicas Física Ondas estacionarias Las ondas estacionarias se forman por la superposición de dos ondas viajeras que se propagan en sentidos contrarios. Estas ondas se pueden generar en distintos medios como cuerdas, resortes y columnas de aire. Antinodo Antinodo Nodo Nodo Antinodo Nodo Nodo l 2 l 2 l 2 En una cuerda fija en los extremos, si se genera una onda estacionaria la longitud de la cuerda corresponde a un múltiplo entero de semilongitudes de onda, tal como lo muestra la figura anterior. L=n l 2 Donde: L es la longitud de la cuerda. n es un número entero (cantidad de antinodos). λ es la longitud de onda. n=1 (a) Fundamental o primer armónico n=2 (b) Segundo armónico n=3 (c) Tercer armónico n=4 (d) Cuarto armónico Modos de vibración en una cuerda fija en los extremos. 12 Cpech GUÍA PRÁCTICA Rapidez de propagación de las ondas en una cuerda En una cuerda de densidad lineal μ (masa por unidad de longitud) sometida a una tensión T, la rapidez de propagación v de una onda está dada por: v= � Tm o v= T·L �m Donde: L es el largo de la cuerda. m es la masa. Considerando además que la rapidez de propagación puede expresarse como v = λ · ƒ, puede establecerse que las frecuencias para las que se observarán ondas estacionarias en una cuerda están dadas por: f= n 2L T μ o f= n 2L T·L �m Donde n es el modo de vibración de la cuerda y que corresponde a un número entero. Cpech 13 Ciencias Básicas Física Mis apuntes 14 Cpech GUÍA PRÁCTICA Mis apuntes Cpech 15 Registro de propiedad intelectual de Cpech. Prohibida su reproducción total o parcial.
