13 ejemplos de ondas mecánicas
1. Diferencia de fase de ondas transversales
¡Observa la siguiente imagen de onda sinusoidal !
Si la longitud de onda de la sinusoide anterior es de 80 cm, entonces el punto que tiene una diferencia de fase de ¾ es…
A.P. con Q
B. P con R
C. P con S
D. Q con S
E. R. con S
Discusión
PQ = 3/4 de longitud de onda
PR = 1 1/2 = 1,5 longitudes de onda
PS = 2 longitudes de onda
QS = 1 1/4 = 1,25 longitudes de onda
RS = 1/2 longitud de onda
La respuesta correcta es A.
2. Tubos de órgano abiertos y cerrados
Se proporcionan dos tubos de órgano, uno abierto y otro cerrado, ambos de la misma longitud. Si la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s, entonces la relación entre las frecuencias de los armónicos de los dos tubos abiertos y las frecuencias de los armónicos de los dos tubos cerrados es…
Discusión
Es sabido:
La longitud de un tubo de órgano abierto y cerrado es la misma.
Velocidad del sonido en el aire (v) = 340 m/s
Preguntó:
Respuesta: Comparación de la frecuencia f del segundo armónico (f3 ) de un tubo de órgano abierto y cerrado.
Tubo de órgano abierto
Un tubo de órgano abierto o tubo abierto es un tubo que tiene ambos extremos abiertos, como se muestra en la imagen lateral.
La figura de la derecha es un gráfico de ondas sonoras en un tubo de órgano abierto, donde los nodos representan la densidad del aire y los antinodos representan la tensión del aire.
Paso fundamental (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Segundo armónico (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (170/L) = 510/L
Tubo de órgano cerrado
Un tubo de órgano cerrado, o tubo cerrado, es un tubo con un extremo abierto y el otro cerrado, como se muestra en la figura siguiente. Si ambos extremos del tubo están cerrados, no se puede utilizar.
La figura de la derecha es un gráfico de ondas sonoras en un tubo de órgano cerrado, donde los nodos representan la densidad del aire y los antinodos representan la tensión del aire.
Paso fundamental (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Segundo armónico (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (85/L) = 255/L
Comparación de la frecuencia del segundo armónico f (f 3 ) de los tubos de órgano abiertos y cerrados
510/L : 255/L
510: 255
2: 1
3. Nivel de intensidad de la onda sonora
Una fuente de ondas sonoras con una potencia de 12,56 W emite ondas en el medio circundante de forma homogénea. La intensidad umbral del sonido es de 10⁻¹² W / m² . La magnitud de la intensidad de radiación de la onda a una distancia de 10 metros de la fuente es...
Discusión
Es sabido:
Daya = 12,56 Watt
Intensidad umbral del sonido (I o ) = 10 -12 Wm -2
Distancia (r) = 10 metros
Preguntado: Nivel de intensidad (TI)
Respuesta:
La fórmula para la relación entre potencia (P), intensidad (I) y distancia (r):
Nivel de intensidad (TI):
4. Intensidad del sonido
Un sistema de altavoces emite 36π vatios de potencia acústica y un nivel de intensidad de 80 dB cuando se escucha a una distancia x del altavoz. (I₀ = 10⁻¹² vatios · m⁻² ). El valor correcto de x es…
A. 100 m
B. 160 m
C. 175 m
D. 225 m
E. 300 m
Discusión
Se sabe que:
Potencia (P) = 36 π vatios
Nivel de intensidad (TI) = 80 dB
Distancia = x
Límite de audición humana (I o ) = 10 -12 W att.m -2
Preguntado: Valor de x
Respuesta :
La fórmula para la relación entre potencia (P), intensidad (I) y distancia (x):
Primero calcula la intensidad del sonido a una distancia x:
Intensidad del sonido:
Calcula el valor de x:
La respuesta correcta es E.
5. Onda viajera
Pregunta n.º 24 del examen nacional de física de SMA/MA 2015/2016
La ecuación de onda viajera expresada en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
A partir de las siguientes afirmaciones:
(1) Velocidad de propagación de la onda 100 ms -1
(2) En x = 0 y t = 0 la desviación de la onda = 0
(3) Frecuencia de onda 20 Hz
(4) Amplitud de onda 2 cm
¿Cuál es la correcta?
A. (1) y (2)
B. (1) y (3)
C. (1) y (4)
D. (2) y (4)
E. (2) y (3)
Discusión
Tres formas de ecuaciones de onda:
y = A sen (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T y k = 2π / λ
y = A sen (2π/T) t – (2π/λ) x
y = A sen 2π (t/T – x/λ) ——-> 2
y = A sen 2π (ft – x/λ) ——-> 2
T = 1/f y λ = v / f
y = A sen 2π (ft – f(x/v))
y = A sen 2πf (t – x/v) ——-> 3
La ecuación de onda viajera en la pregunta anterior es la misma que la forma 2:
y = 0,2 sen (0,2 πx-20πt)
y = 0,2 sen π (0,2 x-20t)
y = 0,2 sen 2 π (0,1 x-10t)
y = 0,2 sen 2 π (x/10 -10t)
y = A sen 2π (ft – x/λ)
A = amplitud = 0,2 metros = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frecuencia = 10 s⁻¹ = 10 Hertz
λ = longitud de onda = 10 metros
v = velocidad de propagación de la onda = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
La respuesta correcta es A.
6. Efecto Doppler
Una ambulancia se desplaza a una velocidad de 72 km/ h mientras hace sonar su sirena con una frecuencia de 1500 Hz. Un motociclista se desplaza a una velocidad de 20 m/ s en dirección opuesta a la ambulancia. Si la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/ s , entonces la relación entre las frecuencias que escucha el motociclista al acercarse y alejarse de la ambulancia es…
A. 25 : 36
B. 36 : 49
C. 64 : 81
D. 81 : 64
E. 100 : 61
Discusión
Reglas de señalización:
v siempre es positivo
v p es positivo si el oyente se acerca a la fuente de sonido.
v p es negativo si el oyente se aleja de la fuente de sonido.
v s es positivo si la fuente de sonido está orientada en dirección opuesta al oyente.
v s es negativo si la fuente de sonido se acerca al oyente.
v p = 0 si el oyente está en silencio
v s = 0 si la fuente de sonido es silenciosa.
Se sabe que:
Frecuencia de la fuente sonora (f) = 1500 Hz
Velocidad del oyente (v p ) = 20 m/s
Velocidad de la fuente sonora (v s ) = 72 km/hora = 72 (1000 metros) / 3600 segundos = 72 000/3600 metros/segundo = 20 m/s
Velocidad del sonido (v) = 340 m/s
Pregunta: Comparación de las frecuencias que escuchan los motociclistas al acercarse y alejarse de una ambulancia.
Respuesta :
Fórmula del efecto Doppler:
La frecuencia que escucha un motociclista al acercarse a una ambulancia.
Ambos se mueven en direcciones opuestas, de modo que cuando la motocicleta se acerca a la ambulancia, se acercan entre sí. v p es positivo si el oyente se acerca a la fuente de sonido y v s es negativo si la fuente de sonido se acerca al oyente.
La frecuencia que escuchan los motociclistas al alejarse de una ambulancia.
Ambos se mueven en direcciones opuestas, de modo que cuando la motocicleta se aleja de la ambulancia, se alejan el uno del otro. v p es negativo si el oyente se aleja de la fuente de sonido y v s es positivo si la fuente de sonido se aleja del oyente.
Comparación de las frecuencias que oyen los motociclistas al acercarse y alejarse de una ambulancia.
La respuesta correcta es D.
Intensidad del sonido
7. ¡Mira la siguiente imagen!
Si el punto P es una fuente sonora que irradia en todas direcciones, entonces la relación de intensidad sonora en los puntos S, R y Q respectivamente es...
A. 16 : 25 : 100
B. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36 : 25 : 100
E. 72 : 25 : 200
Discusión
Se sabe que:
La distancia del punto Q a la fuente de sonido (rQ) = 3 metro
Distancia del punto R a la fuente de sonido (r R ) = 6 metros
Distancia del punto S a la fuente de sonido (r S ) = 5 metros
Intensidad sonora en el punto Q = I Q
Intensidad sonora en el punto R = I R
Intensidad sonora en el punto S = I S
Pregunta: Comparación de la intensidad del sonido en los puntos S, R y Q ( I S : I R : I Q )
Respuesta :
Intensidad sonora en el punto S:
Intensidad sonora en el punto R:
Intensidad sonora en el punto S:
Comparación de la intensidad del sonido en los puntos S, R y Q:
La respuesta correcta es D.
8. Las ondas sonoras se propagan desde su fuente en todas las direcciones por igual. El punto A se encuentra a una distancia P de la fuente sonora, el punto B a una distancia de 2P de la fuente sonora y el punto C a una distancia de 4P de la fuente sonora. La razón de las intensidades sonoras recibidas por A, B y C es…
A. 16 : 4 : 1
B. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1 : 2 : 4
E. 1 : 4 : 16
Discusión
Se sabe que:
Distancia del punto A a la fuente de sonido (r A ) = P
Distancia del punto B a la fuente de sonido (r B ) = 2P
Distancia del punto C a la fuente de sonido (r C ) = 4P
Intensidad sonora en el punto A = I A
Intensidad sonora en el punto B = I B
Intensidad sonora en el punto C = IC
Pregunta: Comparación de la intensidad del sonido en los puntos A, B y C ( IA : IB : IC )
Respuesta :
Intensidad sonora en el punto A:
Intensidad sonora en el punto B:
Intensidad sonora en el punto C:
Comparación de la intensidad del sonido en los puntos A, B y C:
La respuesta correcta es A.
9. Efecto Doppler
La siguiente imagen muestra un coche de policía persiguiendo a un delincuente motorizado:
Un coche patrulla, con su sirena sonando a una frecuencia de 9,30 Hz, persigue la motocicleta de un delincuente que huye a una velocidad de 72 km/h . El coche patrulla acelera hasta 108 km/h para alcanzar al delincuente. Si la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s , entonces la frecuencia del sonido de la sirena que escucha el delincuente en la motocicleta es...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
E. 1.200 Hz
Discusión
Reglas de señalización:
v siempre es positivo
v p es positivo si el oyente se acerca a la fuente de sonido.
v p es negativo si el oyente se aleja de la fuente de sonido.
v s es positivo si la fuente de sonido está orientada en dirección opuesta al oyente.
v s es negativo si la fuente de sonido se acerca al oyente.
v p = 0 si el oyente está en silencio
v s = 0 si la fuente de sonido es silenciosa.
Se sabe que:
Frecuencia de la fuente sonora (f) = 930 Hz
Velocidad del oyente (v p ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 metros) / 3600 (segundos) = 72 000/3600 metros/segundo = 20 m/s = -20 m/s -1 (negativo porque el delincuente se está alejando de la policía)
Velocidad de la fuente sonora (v s ) = 108 km/h -1 = 108 (1000 metros) / 3600 (segundos) = 108 000 / 3600 metros/segundo = 30 m/s = -30 ms -1 (negativo porque la policía se acerca al criminal)
Velocidad del sonido (v) = 340 m/ s
Se busca: Frecuencia del sonido percibido por el oyente (f')
Respuesta :
Fórmula del efecto Doppler:
La respuesta correcta es C.
Nivel de intensidad sonora
10. En un salón, 100 estudiantes están aprendiendo a cantar. Si el nivel de intensidad sonora de un estudiante al cantar es de 40 dB (supongamos que es el mismo para cada niño), entonces la intensidad sonora producida en el salón es… (I o = 10 -12 Wm -2 )
A. 10 -4 Wm -2
B. 10 -5 Wm -2
C. 10 -6 Wm -2
D. 10 -7 Wm -2
E. 10 -8 Wm -2
Discusión
Se sabe que:
Nivel de intensidad de un estudiante (T I ) = 40 dB
Intensidad del umbral auditivo humano (I o ) = 10 -12 W/m 2
Número de estudiantes (x) = 100
Preguntado: Intensidad sonora de 100 estudiantes
Respuesta :
Intensidad sonora de 1 estudiante:
Intensidad sonora de 100 estudiante:
I x = (x)(I)
I x = (100)(10 -8 ) = (10 2 )(10 -8 )
I x = 10 -6 W/m 2
La respuesta correcta es C.
11. La intensidad sonora de 100 máquinas idénticas es 10 -7 Watt.m -2 . Si I o = 10 -12 Watt.m -2 , entonces el nivel de intensidad sonora de una máquina es….
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Discusión
Se sabe que:
Intensidad sonora de 100 máquinas (I x ) = 10 -7 vatios·m -2
Intensidad del umbral auditivo humano (I o ) = 10 -12 W/m 2
Número de máquinas (x) = 100 = 10²
Pregunta: El nivel de intensidad sonora de una máquina (TI)
Respuesta :
Intensidad sonora de 1 máquina:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10 2 )( I )
I = 10⁻⁷ / 10² = ( 10⁻⁷ )( 10⁻² ) = 10⁻⁹
Nivel de intensidad sonora de una máquina (TI):
La respuesta correcta es E.
12. Las propiedades generales de las ondas son las siguientes:
(1) no puede propagarse en el vacío
(2) se propaga directamente en diferentes medios
(3) experimentar la reflexión
(4) experimentando difracción
(5) experimentando interferencia
A partir de las propiedades ondulatorias mencionadas anteriormente, lo que corresponde a las características de las ondas de luz es...
A. (1) y (2) solamente
B. (3) y (4) solamente
C. (2), (3) y (4)
D. (3), (4) y (5)
E. (1), (3), (4) y (5)
Discusión
(1) Las ondas de luz son ondas electromagnéticas que no requieren un medio de propagación. Debido a que no requieren un medio de propagación, las ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío.
(2) Cuando las ondas de luz que se propagan en un medio entran en otro, también experimentan refracción. La refracción de la luz es la desviación de la dirección de propagación de las ondas de luz. La refracción se produce debido a la diferencia en la velocidad de las ondas de luz en cada medio.
(3) Además de la refracción, las ondas de luz también experimentan reflexión. El reflejo de la luz en un espejo plano es un ejemplo de este fenómeno. Gracias a la reflexión de la luz en un espejo plano, estos espejos se utilizan como herramientas de maquillaje.
(4) La difracción no solo la experimentan las ondas electromagnéticas como las ondas de luz, sino también las ondas mecánicas como las ondas de agua y las ondas sonoras.
(5) Además de ser experimentada por ondas electromagnéticas como las ondas de luz, la interferencia también es experimentada por ondas mecánicas como las ondas de agua, las ondas de cuerda o las ondas sonoras.
La respuesta correcta es D.
13. ¡Presta atención a las siguientes propiedades de las ondas!
(1) experimentando difracción
(2) experimentar la reflexión
(3) no puede propagarse en el vacío
(4) puede experimentar polarización
(5) se mueve en línea recta al pasar a través de dos medios diferentes
De las propiedades ondulatorias anteriores que corresponden a las características de las ondas sonoras se encuentran...
A. (1), (2) y (3)
B. (1), (2) y (4)
C. (1), (3) y (4)
D. (2), (3) y (4)
E. (3), (4) y (5)
Discusión
(1) La difracción no solo la experimentan las ondas electromagnéticas como las ondas de luz, sino también las ondas mecánicas como las ondas sonoras.
(2) La reflexión o rebote es un fenómeno que experimentan las ondas electromagnéticas, como las ondas de luz, y las ondas mecánicas, como las ondas sonoras o las ondas de agua. Un ejemplo de la reflexión de una onda sonora es el eco.
(3) Las ondas sonoras son ondas mecánicas. Las ondas mecánicas son aquellas que requieren un medio de propagación para poder propagarse. Si no existe un medio, como en el vacío, las ondas sonoras no pueden propagarse.
(4) La polarización se produce en ondas transversales como las ondas de cuerda, las ondas superficiales del agua y las ondas electromagnéticas como las ondas de luz. Las ondas sonoras son ondas longitudinales y, por lo tanto, no pueden experimentar polarización.
(5) Al propagarse de un medio a otro, las ondas sonoras experimentan refracción o un cambio en la dirección de propagación. La refracción ocurre cuando la onda comienza a entrar en un medio diferente.
La respuesta correcta es A.
Fuente de la pregunta:
Preguntas del examen nacional de física para la escuela secundaria superior/escuela secundaria vocacional
