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Física · APRENDE A TU RITMO

Ondas y sonido

Relacionar frecuencia, período y longitud de onda. Distinguir fenómenos ondulatorios y propiedades del sonido.

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Lo que vas a aprender

Las ideas, paso a paso

Desde cero: transportar energía

Una onda es una perturbación que se propaga y transporta energía sin transportar de manera neta todo el medio. En una onda transversal la perturbación es perpendicular a la propagación; en una longitudinal es paralela.

El período T es el tiempo de un ciclo y la frecuencia f es el número de ciclos por segundo: f = 1/T. La longitud de onda λ es la distancia entre puntos equivalentes consecutivos. La rapidez se relaciona mediante v = λf.

Aplicación: sonido y cambios de medio

El sonido es una onda mecánica: requiere un medio. En el aire se propaga mediante compresiones y rarefacciones longitudinales. La frecuencia se relaciona con el tono; la amplitud e intensidad, con la percepción de sonoridad, sin ser conceptos idénticos.

Al pasar una onda a otro medio, su frecuencia la fija la fuente y se conserva en una frontera estacionaria. Si cambia la rapidez, cambia λ. La reflexión devuelve la onda al medio de origen; la refracción cambia su propagación al entrar a otro medio.

Reto: superposición, difracción y resonancia

Cuando dos ondas coinciden, sus perturbaciones se suman según el principio de superposición en el régimen lineal. Pueden reforzarse o cancelarse localmente. La cancelación de desplazamiento no significa que la energía deje de conservarse.

La difracción permite que una onda se extienda alrededor de obstáculos o aperturas, especialmente cuando sus dimensiones son comparables a λ. La resonancia ocurre cuando una excitación se aproxima a una frecuencia natural; el efecto Doppler cambia la frecuencia observada por movimiento relativo.

Ejemplos resueltos

Sigue el razonamiento

Una cuerda realiza 5 oscilaciones por segundo: f = 5 Hz y T = 0.2 s.

Si la separación entre crestas es 2 m, v = 2(5) = 10 m/s. La frecuencia cuenta ciclos, mientras la rapidez mide distancia por tiempo.

Sigue el razonamiento

Un sonido de 500 Hz viaja a 340 m/s en aire. Su longitud de onda es λ = 340/500 = 0.68 m.

Si entra a un medio donde v = 1500 m/s, sigue con f = 500 Hz y λ pasa a 3 m. No se conserva la longitud de onda entre esos medios.

Practica y revisa tu razonamiento

1. Una fuente produce 20 ciclos en 4 s. ¿Cuál es su frecuencia?

  1. 5 Hz
  2. 80 Hz
  3. 0.2 Hz
  4. 16 Hz
Ver respuesta y explicación

A. 5 Hz

  1. f = número de ciclos/tiempo.
  2. f = 5 Hz.

A. f = 20/4.

B. Se multiplicaron ciclos por tiempo.

C. Es el período numérico, con otra unidad.

D. Restar tiempo a ciclos no es válido.

2. ¿Por qué no se transmite el sonido a través del vacío ideal?

  1. Porque tiene frecuencia cero
  2. Porque requiere un medio material
  3. Porque toda onda requiere aire
  4. Porque el vacío absorbe toda luz
Ver respuesta y explicación

B. Porque requiere un medio material

  1. Las compresiones necesitan materia.
  2. Sin medio no se propaga sonido mecánico.

A. Un sonido puede tener frecuencia distinta de cero.

B. Necesita partículas que transmitan la perturbación.

C. La luz no requiere aire y el sonido viaja en otros medios.

D. No explica el sonido y es falso para la luz.

3. Coinciden dos pulsos de +4 y −4 cm en una cuerda lineal. El desplazamiento instantáneo en el punto es:

  1. −8 cm
  2. 8 cm
  3. 0 cm
  4. 4 cm
Ver respuesta y explicación

C. 0 cm

  1. y total = 4 + (−4).
  2. y total = 0 cm durante la coincidencia.

A. Ambas no son negativas.

B. Se sumaron magnitudes sin signos.

C. Las perturbaciones opuestas se cancelan localmente.

D. Se ignoró uno de los pulsos.

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Fuentes y alcance

Material original de apoyo para admisión. Los cursos se comparten entre universidades; la ficha de cada institución indica qué materias corresponden a su ruta y qué parte del temario está verificada.

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