Lección 3. Acústica

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El sonido, velocidad del sonido

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Lección 3. Acústica

  1. 1. www.mathfis.blogspot.com LECCIÓN 3 Es la parte de la física que estudia la producción y propiedades del sonido. Sonido: El sonido es un movimiento ondulatorio mecánico – longitudinal de tipo elástico, que requiere indispensablemente de un medio en el cual propagarse; por lo tanto no se desplaza en el vacío. Para que se produzca sonido se requiere vibración de la materia. Velocidad del sonido: La velocidad del sonido depende de las características elásticas e inerciales del medio. Velocidad del sonido en diferentes medios Temperatura Velocidad Medio (ºC) (m/s) Aire 0 331,7 Aire 15 340 Oxígeno 0 317 Agua 15 1.450 Acero 20 5.130 Caucho 0 54 Aluminio 0 5.100 Se ha observado experimentalmente, que la velocidad del sonido en el aire varía 0,6 m/s por cada grado centígrado de temperatura. Se calcula mediante la ecuación: V = V0 + 0,6.t V0 = velocidad del sonido en el aire a 0 ºC = 331,7 m/s t = temperatura en ºC Ejercicios resueltos: 1º Calcula el tiempo que emplea el sonido en recorrer 1.5 km. a. En el aire a 0 ºC b. En el aire a 15 ºC c. En al agua Solución: a. x 1500 m t= = = 4.52 s V m 331.7 s Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 8
  2. 2. www.mathfis.blogspot.com b. m  m  (15 º C) = 340.7 m V = Vo + 0.6 t = 331 .7 +  0.6 s  sº C  s x 1500 m t= = = 4.4 s V m 340.7 s c. x 1500 m t= = = 1.03 s V m 1450 s 2º Durante la tempestad se escucha un trueno 8 s después de haberse percibido el relámpago. ¿A que distancia cayó el rayo?  m x = Vt =  340 (8 s ) = 2720 m  s 3º Un barco emite simultáneamente un sonido dentro del agua y otro en el aire. Si otro barco detecta los sonidos con una diferencia de 3 s, ¿a qué distancia están los barcos? Solución: En el aire: x x t1 = = V 340 En el agua: x x t2 = = V 1450 x x t1 − t 2 = − 340 1450 111x 3= 49300 x= (3)(49300 ) = 1332.43 m 111 4º Qué longitud de onda corresponde para una onda sonora cuya frecuencia es de 20.000 hz y se propaga con una velocidad de 340 m/s? V 340 m λ = VT = = s = 0.017 m = 1.7 cm f 20000 s −1 Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 9
  3. 3. www.mathfis.blogspot.com 5º Ciertas ondas ultrasónicas que se propagan en el aire tienen una longitud de onda de 3.8 x 10–7 m. ¿Cuál es su frecuencia? V V 340 m λ= ⇒f= = s = 8.95 × 10 8 hz f λ 3.8 × 10 m −7 6º La longitud de onda del sonido de más baja frecuencia que puede percibir el hombre es de 17 m. ¿Cuál es esta frecuencia? m V 340 s f= = = 20 hz λ 17 m Preguntas Tipo Icfes: Preguntas de selección múltiple con única respuesta (Tipo I) Las preguntas de este tipo constan de un enunciado y de cuatro posibilidades de respuesta entre las cuales debe escoger la que considere correcta. 1º Cuando una fuente sonora se mueve con una velocidad mayor que la velocidad de propagación del sonido en el medio se genera una onda de choque, que se escucha como una explosión, porque las crestas de varias ondas se superponen. De las siguientes figuras ¿cuál podría ilustrar una onda de choque? CONTESTE LAS PREGUNTAS 2 Y 3 DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN En dos bandejas 1 y 2 idénticas se sueltan dos piedritas a intervalos iguales de tiempo. La bandeja 1 está llena con agua y la bandeja 2 con miel. Simultáneamente se toman fotografías de cada bandeja. 2º La figura que mejor ilustra las formas de las ondas generadas en las superficies de los fluidos, es Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 10
  4. 4. www.mathfis.blogspot.com 3º Comparando las características de las ondas generadas en el agua y en el aceite se puede afirmar que las que se generan en agua se propagan con A. mayor frecuencia que las ondas en la bandeja 2 B. mayor longitud de onda que las ondas en la bandeja 2 C. igual longitud de onda que las ondas en la bandeja 2 D. menor rapidez que las ondas en la bandeja 2 4º La siguiente tabla muestra la velocidad de propagación del sonido en diferentes materiales, que se encuentran a diferentes temperaturas. Temperatura Velocidad Material (ºC) (m/s) Hulo 1 0 54 vulcanizado 2 Vapor de agua 0 401 3 Helio liquido 0 970 4 Agua dulce 25 1493 5 Agua dulce 30 1496 6 Agua de mar 20 1513 De acuerdo con los datos de la tabla, tres estudiantes hacen las siguientes afirmaciones: Estudiante 1: Si la temperatura de un mismo material se aumenta, la rapidez del sonido aumenta siempre y cuando se mantenga la misma presión. Estudiante 2: La velocidad de propagación del sonido no sólo depende de la temperatura, ya que en distintos materiales, sometidos a la misma temperatura, la rapidez de propagación del sonido es diferente. Estudiante 3: Es muy probable que la rapidez de propagación del sonido en el agua de mar a 300 ºC y a una atmósfera de presión, sea igual que el agua dulce en esas mismas condiciones. Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 11
  5. 5. www.mathfis.blogspot.com ¿Cuál o cuáles de estas afirmaciones de los estudiantes es más congruente (s)? A. sólo la del estudiante 1 C. sólo la del estudiante 3 B. las de los estudiantes 1 y 2 D. las de los estudiantes 1 y 3 5º La cubeta que se muestra en la figura se usa para realizar un experimento con ondas. La cubeta tiene dos secciones separadas por una fina membrana. Una sección tiene agua y una barrera con una pequeña ranura. Sobre la cubeta hay una esfera que oscila verticalmente y toca levemente el agua, dicha esfera puede moverse sobre la cubeta. Después de pasar los frentes de onda por la ranura de la barrera, los frentes de onda que se observan están mejor indicados en la figura 6º La cubeta que se muestra en la figura se usa para realizar un experimento con ondas. La cubeta tiene dos secciones separadas por una fina membrana. Una sección tiene agua y una barrera con una pequeña ranura. Sobre la cubeta hay una esfera que oscila verticalmente y toca levemente el agua, dicha esfera puede moverse sobre la cubeta. Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 12
  6. 6. www.mathfis.blogspot.com La velocidad de propagación de las ondas en el aceite es menor que en el agua. De las siguientes, la figura que ilustra más adecuadamente los frentes de onda antes y después de atravesar la membrana, (cuya única finalidad es separar el agua del aceite), es 7º El péndulo esquematizado en la figura oscila entre los puntos 1 y 2. El tiempo que tarda en ir del punto 1 al punto 2 es 1 segundo. La frecuencia f de oscilación del péndulo vale Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 13
  7. 7. www.mathfis.blogspot.com A. 0,5 Hz B. 2 Hz C. 1 Hz D. 1,5 Hz 8º Una llave de agua gotea continuamente como muestran las figuras. La perturbación que se produce en el punto donde cae la gota se propaga a lo largo de la superficie del agua. En esta situación, se puede afirmar que A. La perturbación avanza hacia las paredes del recipiente sin que haya desplazamiento de una porción de agua hacia dichas paredes . B. La porción de agua afectada por el golpe de la gota se mueve hacia las paredes del recipiente. C. Si el líquido en el que cae la gota no es agua, la perturbación no avanza. D. La rapidez de propagación de la perturbación depende únicamente del tamaño de la gota que cae. Profesor Daniel Cadena Vargas E – mail: kdna71@gmail.com 14

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