Física Programa Programa de Transición Intermedio CB32GUI001INT-A20V1 F= G m1 m2 2 d Ondas y sus características Física Ruta de aprendizaje os cas sti as d On y c sus erí act m ó Fen ar o nid o El s s eno z lu La i tor ula I os ond s eno i tor ula II ond m ó Fen os ej Esp y tes len c a rcit Eje ión as nd o de Rec t api ón ci ula 1 Objetivos - Reconocer que una onda es una perturbación que se propaga de un punto a otro. Reconocer que una onda transporta solo energía. Identificar los elementos que caracterizan un tren de ondas. Aplicar las expresiones matemáticas para determinar: longitud de onda, frecuencia, período y rapidez de propagación de un tren de ondas. Comprender los criterios de clasificación de ondas. Contenidos - Ondas. - Características de las ondas. - Clasificación de las ondas. 2 Cpech Guía Resumen de contenidos Ondas 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. Caracterización de las ondas La descripción o caracterización de una onda se hace a través de elementos espaciales y temporales. Elementos espaciales de una onda Longitud de onda Monte Amplitud λ Línea de equilibrio λ λ Elongación Longitud de onda Valle Longitud de onda Figura Nº 1: archivo Cpech. • • • • Monte: Punto más alto de la onda. Valle: Punto más bajo de la onda. Elongación: Distancia entre un punto de la onda y la línea de equilibrio. Amplitud (A): Máxima elongación. Unidades: SI: metro C.G.S.: centímetro • Longitud de onda (λ): Longitud de un solo pulso. Equivale a la distancia entre 2 montes o 2 valles consecutivos. Unidades SI: metro C.G.S.: centímetro λ= longitud del tren de ondas nº de pulsos del tren Cpech 3 Física Elementos temporales • Período (T): Es el tiempo que demora un punto del medio en realizar una oscilación completa. El período de una onda permanece constante. Unidades SI y C.G.S.: segundo tiempo nº de ciclos T= • Frecuencia (f): Es la cantidad de oscilaciones que experimenta una partícula del medio en una unidad de tiempo. La frecuencia de una onda permanece constante. Unidades SI: hertz f= 1 [Hz] = 1 [hertz] = 1 • nº de ciclos tiempo vibración oscilación ciclos =1 =1 segundo segundo segundo Relación entre frecuencia y período f= • 1 T Rapidez de propagación: corresponde a la distancia recorrida por una onda en una unidad de tiempo. distancia v= tiempo La rapidez de propagación es característica de cada tipo de onda y depende del medio por el cual se propaga. Se calcula como: Unidades SI: m s v=λ·f v= 4 Cpech λ T Guía Clasificación de ondas Las ondas se clasifican según su naturaleza, dirección de vibración y sentido de propagación. Mecánicas Naturaleza Electromagnéticas Se propagan solo en medios materiales. Se pueden propagar tanto materiales como en el vacío. en medios Transversales Las partículas del medio vibran de manera perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Longitudinales Las partículas del medio vibran en la misma dirección que se propaga la onda. Viajeras Ondas que se propagan a través de una región ilimitada del espacio y en un solo sentido. Estacionarias Ondas que se encuentran confinadas en una región del espacio. Se forman debido a la superposición de dos ondas que viajan en sentido opuesto y están desfasadas en 180°. Dirección de vibración Sentido de propagación Cpech 5 Física Estrategia de síntesis Completa el siguiente mapa conceptual a partir de los conceptos vistos en clase. Nº de oscilaciones en el tiempo Longitud de onda Período Temporales Se propagan solo por medios materiales. Naturaleza Se propagan en medios materiales y en el vacío. Se caracterizan a través de elementos Espaciales ONDAS Son perturbaciones que se propagan Partículas del medio vibran de forma perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Se clasifican según Dirección de vibración Sentido de propagación Partículas del medio vibran de forma paralela a la dirección de propagación de la onda. Estacionarias Se propagan a través de una región ilimitada del espacio. 6 Cpech Amplitud Guía Ejercicios 1. la definición "número de ondas o ciclos por unidad de tiempo" corresponde a A) B) C) D) E) 2. El sistema auditivo de los seres humanos comprende desde la captación de los sonidos hasta la conversión de estos en impulsos nerviosos. Para que este proceso se lleve a cabo, el oído presenta una membrana denominada tímpano: esta transmite cualquier sonido hacia el oído interno y realiza una cantidad de oscilaciones idéntica a la que presenta la onda que incide sobre ella. Si se sabe que para un caso particular el tímpano realiza 100 oscilaciones en un segundo, es correcto afirmar que A) B) C) D) E) 3. período. amplitud. frecuencia. longitud de onda. rapidez de propagación. el largo de la onda incidente es de 100 cm. la amplitud de la onda incidente es de 100 cm. la frecuencia de la onda incidente es de 100 Hz. el período de la onda incidente es de 100 segundos. la rapidez de propagación de la onda es de 100 cm/s. P, Q y R equivalen a longitudes iguales que se encuentran entre dos puntos equivalentes y consecutivos de un tren de ondas, tal como lo muestra la figura. Q P R Figura Nº 2: archivo Cpech. Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que A) B) C) D) E) P, Q y R son longitudes de onda. Q es un ciclo, P es la amplitud y R es la frecuencia. P es el período, Q es la longitud de onda y R es un ciclo. P es el período, Q es la frecuencia y R es la longitud de onda. P, Q y R corresponden a la máxima elongación de las partículas. Cpech 7 Física 4. En un lago el viento produce ondas periódicas que se propagan a 2 m y cuya longitud de onda s es de 10 [m]. ¿Cuál es la frecuencia de oscilación de un barco que está anclado en el lago? A) B) C) D) E) 5. 0,2 [Hz] 0,5 [Hz] 2,0 [Hz] 5,0 [Hz] 20,0 [Hz] Una onda se desplaza por un medio homogéneo con rapidez constante, tal como lo muestra el gráfico adjunto. m v s 300 3 t [s] Figura Nº 3: archivo Cpech. Si su longitud de onda es un tercio de la distancia que recorre en 3 segundos, ¿cuál es la frecuencia de la onda? A) 1 [Hz] B) 3 [Hz] C) 100 [Hz] D) 300 [Hz] E) 900 [Hz] 6. El tren de ondas de la figura se propaga a través de un medio material homogéneo. M N Figura Nº 4: archivo Cpech. Si la distancia entre M y N es de 600 cm y el máximo desplazamiento respecto del equilibrio experimentado por cada una de las partículas del medio es de 15 cm, es correcto afirmar que el tren de ondas A) B) C) D) E) 8 Cpech tiene una longitud de onda de 200 cm y una amplitud de 15 cm. tiene una longitud de onda de 300 cm y una amplitud de 15 cm. tiene una longitud de onda de 600 cm y una amplitud de 30 cm. tiene una longitud de onda de 1200 cm y una amplitud de 30 cm. tiene una longitud de onda de 1200 cm y una amplitud de 40 cm. Guía 7. m Una onda mecánica posee una rapidez de propagación de 20 s y una longitud de onda de 10 [m]. ¿Cuál es el período de dicha onda? A) B) C) D) E) 8. 9. 0,5 [s] 2,0 [s] 2,5 [s] 5,0 [s] 10,0 [s] En una cuerda se genera una onda periódica cuya longitud de onda es igual a 4 metros. Si un elemento de la cuerda vibra a razón de 100 oscilaciones en un segundo, ¿cuál es la rapidez de propagación de la onda? A) 4 m s B) 25 m s C) 100 m s D) 400 m s E) 800 m s Si la onda de la figura tardó un minuto en ir de A hasta B, es correcto afirmar que A B 90 [m] Figura Nº 5: archivo Cpech. A) su período es 60 [s]. B) su longitud de onda es de15 [m]. C) el número de ciclos de la onda es 6. D) su rapidez de propagación es de 1,5 m . s E) realiza más de 60 oscilaciones por segundo. Cpech 9 Física 10. La frecuencia de una onda se puede definir como A) B) C) D) E) 11. el tiempo que demora cada partícula del medio en realizar una oscilación. el tiempo que demora una onda en realizar un determinado número de ciclos. la máxima amplitud de las oscilaciones de una partícula en una unidad de tiempo. la elongación máxima que experimenta una partícula del medio en una unidad de tiempo. el número de vibraciones efectuadas por una partícula del medio en una unidad de tiempo. 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 340 s . Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 12. solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo II y III. 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] Figura Nº 6: archivo Cpech. Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que 10 Cpech 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) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo II y III I, II y III. Guía 13. Un tren de ondas transversales viaja por una cuerda. Si la frecuencia de la fuente generadora de ondas es de 16 hertz y la rapidez de propagación de las ondas en la cuerda es de 32 m , ¿cuál s es la distancia entre dos montes consecutivos del tren de ondas? A) B) C) D) E) 14. En la propagación de una onda mecánica y transversal, una determinada partícula del medio A) B) C) D) E) 15. 0,5 m 1,0 m 2,0 m 4,0 m 8,0 m 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. 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) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo II y III Cpech 11 Física 16. La siguiente figura muestra un resorte dispuesto horizontalmente sobre el cual se propaga una onda. Además, se observa que los elementos del resorte oscilan en la misma dirección en que la perturbación se propaga. dirección de propagación P dirección de oscilación de un elemento del resorte Figura Nº 7: archivo Cpech. Considerando la información proporcionada anteriormente y que el máximo desplazamiento experimentado por el punto P respecto de su posición de equilibrio es de 5 cm, es correcto afirmar que la onda A) B) C) D) E) 12 Cpech es longitudinal y tiene una amplitud de 5 cm. es transversal y tienen una amplitud de 5 cm. es longitudinal y tiene una amplitud de 10 cm. es transversal y tienen una longitud de onda de 5 cm. es longitudinal y tiene una longitud de onda de 10 cm. Guía 17. La siguiente figura corresponde al gráfico de elongación en el tiempo de una partícula en un medio P, en el cual se propaga una onda. x [cm] 6 3 t [s] -6 Figura Nº 8: archivo Cpech. Respecto a lo anterior, y considerando que todas las partículas del medio experimentan la misma elongación máxima, se afirma que I) la amplitud de la onda es de 6 centímetros. II) m la rapidez de propagación de la onda es de 2 s . III) la gráfica corresponde a una onda transversal. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo I y III. Cpech 13 Física 18. Dos ondas, S y P, de naturaleza desconocida, se propagan por el mismo medio de manera que al cabo de un minuto logran recorrer tres metros, tal como se grafica en la figura. S → V P 3m Figura Nº 9: archivo Cpech. De acuerdo a lo anterior, es posible establecer que A) B) C) D) E) 19. la amplitud de la onda S es el triple que la de la onda P. las frecuencias de las ondas S y P están en la razón 1:3. la longitud de onda de la onda S corresponde a la mitad de la longitud del tren de ondas de P. el tiempo que tarda la onda P en realizar una oscilación es mayor que el tiempo que tarda la onda S. la rapidez de propagación de las ondas S y P es distinta, dado que, aunque viajan por el mismo medio, son ondas de naturaleza desconocida. Dos amigos, Andrés y Fernanda, están en los márgenes opuestos de una laguna de aguas tranquilas. Para comunicarse entre sí, Fernanda decide poner una nota en una botella, cerrarla y dejarla en la laguna (sin velocidad inicial), perturbando el agua periódicamente para producir ondas que se propaguen; de esta forma, piensa ella, la botella avanzará hacia el otro extremo de la laguna y así Andrés podrá leer la nota. Sin embargo, al realizar la experiencia durante un largo tiempo, la botella sigue en la misma posición, independiente de las perturbaciones hechas por Fernanda. De acuerdo a lo anterior, ¿cuál de las siguientes hipótesis planteadas por Fernanda podrían haberla inducido al error? A) B) C) D) E) 14 Cpech Perturbaciones de mayor intensidad provocarán olas de mayor altura. El desplazamiento de las olas en la laguna permitirá desplazar objetos en su superficie. El desplazamiento de las olas se producirá por efecto de las perturbaciones y el peso de la botella. Si la cantidad de perturbaciones aumenta en el tiempo, la rapidez de la botella será mayor al desplazarse. La cantidad de montes formados en el agua se relacionará directamente con la rapidez con la cual se agite su superficie. Guía 20. En la figura se muestra un gráfico de amplitud de oscilación A versus el tiempo t para una onda desconocida. A [m] S t [s] -S Figura N° 10: archivo Cpech. Considerando la información contenida en él, es correcto afirmar que 21. I) II) III) el gráfico corresponde a una onda transversal. el gráfico puede representar una onda transversal o una longitudinal, indistintamente. la máxima elongación experimentada por las partículas del medio es de 2S metros. A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo I y III Solo II y III En un recipiente con agua una máquina generadora de ondas produce olas con las siguientes características: amplitud de 8 [cm], período de 0,5 [s] y longitud de onda de 12 [cm]. ¿Cuál es la rapidez de propagación y frecuencia de las olas? A) B) C) D) E) 6 cm s y 0,5 [Hz] 16 cm s y 0,5 [Hz] 16 cm y 2,0 [Hz] s cm 24 s y 0,5 [Hz] 24 cm y 2,0 [Hz] s Cpech 15 Física 22. Una onda transversal cuya amplitud y frecuencia son de 0,5 m y 1 hertz respectivamente, se m propaga por un medio material homogéneo con una rapidez de 2 s . Al respecto, ¿cuál(es) de los siguientes perfiles de onda podría(n) representarla? y(m) y (m) y(m) 0,5 4 – 0,5 0,5 4 x (m) 0,5 – 0,5 – 0,5 I) II) Figura Nº 10: archivo Cpech. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) Solo II y III 16 Cpech 3 x (m) III) t (s) Guía 23. El montaje experimental que se muestra en la figura está compuesto por un vibrador, una cuerda, una polea y una masa colgante. La acción del vibrador en el sistema genera un pulso que viaja a través de la cuerda y cuya rapidez depende de la tensión que esta experimente. Vibrador m Figura Nº 11: archivo Cpech. Si en el desarrollo de la experiencia se mantuvieron constantes el largo y la masa de la cuerda, mientras que su tensión se modificó utilizando diferentes valores de masa colgante, entonces es correcto afirmar que A) B) C) D) E) la tensión de la cuerda corresponde a la variable dependiente, mientras que la masa colgante es la variable de control. el largo de la cuerda corresponde a la variable controlada, mientras que la rapidez del pulso en la cuerda es la variable independiente. la rapidez del pulso en la cuerda corresponde a la variable dependiente, mientras que la masa colgante es la variable independiente. la masa colgante corresponde a la variable dependiente, mientras que la tensión corresponde a la variable controlada. la rapidez de la cuerda corresponde a la variable controlada, mientras que la masa colgante es la variable dependiente. Cpech 17 Física 24. El tren de ondas que se muestra en la figura adjunta posee una frecuencia de 4 [Hz] y se desplaza por un medio homogéneo. Q P 20 [m] Figura N° 12: archivo Cpech. Si la distancia entre P y Q es de 20 metros, entonces es correcto afirmar respecto del tren de ondas que 25. I) II) III) m su rapidez de propagación es de 5 . s su longitud de onda es de 8 [m]. demora 4 segundos en viajar del punto P al punto Q. A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III 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) D) E) 18 Cpech 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 Solo I y III Solo II y III Guía Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad Dificultad estimada 1 Reconocimiento Fácil 2 Reconocimiento Fácil 3 Comprensión Fácil 4 Aplicación Fácil 5 Aplicación Fácil 6 Aplicación Fácil 7 Aplicación Fácil 8 Aplicación Media 9 Aplicación Media 10 Reconocimiento Media 11 Reconocimiento Media 12 Aplicación Media 13 Aplicación Media 14 Reconocimiento Media 15 Reconocimiento Media 16 Comprensión Media 17 Comprensión Media 18 ASE Media 19 ASE Media 20 Comprensión Media 21 Aplicación Media 22 Aplicación Media 23 Comprensión Media 24 Aplicación Media 25 ASE Difícil Cpech 19 _____________________________________________________ Han colaborado en esta edición: Dirección Académica Carolina Rojas Parraguez Coordinación de Recursos Didácticos y Corrección Idiomática Karla Delgado Briones Equipo de Curriculum y Evaluación Manuel Sepúlveda Fernandoy Coordinación de Diseño y Diagramación Elizabeth Rojas Alarcón Equipo de Diseño y Diagramación Cynthia Ahumada Pérez Vania Muñoz Díaz Fernanda Fuentes Fernández Tania Muñoz Romero Imágenes Banco Archivo Cpech La Coordinación de Currículum y Evaluación ha puesto su esfuerzo en obtener los permisos correspondientes para utilizar las distintas obras con copyright que aparecen en esta publicación. 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