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Ondas y sonido
Relacionar frecuencia, período y longitud de onda. Distinguir fenómenos ondulatorios y propiedades del sonido.
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- Relacionar frecuencia, período y longitud de onda.
- Distinguir fenómenos ondulatorios y propiedades del sonido.
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?
- 5 Hz
- 80 Hz
- 0.2 Hz
- 16 Hz
Ver respuesta y explicación
A. 5 Hz
- f = número de ciclos/tiempo.
- 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?
- Porque tiene frecuencia cero
- Porque requiere un medio material
- Porque toda onda requiere aire
- Porque el vacío absorbe toda luz
Ver respuesta y explicación
B. Porque requiere un medio material
- Las compresiones necesitan materia.
- 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:
- −8 cm
- 8 cm
- 0 cm
- 4 cm
Ver respuesta y explicación
C. 0 cm
- y total = 4 + (−4).
- 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.
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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