FISICA 3 PRÁCTICA 2: ONDAS MECÁNICAS (2 a parte) 1.- Un afinador de pianos estira un alambre de piano de acero con una tensión de 800 N. El alambre tiene 0,400 m de longitud y una masa de 3,00 g. a) Calcule la frecuencia de su modo fundamental de vibración. b) ¿Cuál es el armónico más alto que podría oír una persona que capta frecuencias de hasta 10 kHz? (R.: a) 408 Hz) 2.- Una cuerda estirada de 1,50 m de longitud, está estirada entre dos soportes con una tensión que hace que las ondas transversales tengan una rapidez de 48,0 m/s. Calcule la longitud de onda y la frecuencia de a) la fundamental; b) el segundo sobretono; c) el cuarto armónico. (R.: a) 3,0 m, 16,0 Hz; b) 1,0 m, 48,0 Hz; c) 0,75 m, 64,0 Hz) 3.- En Enero de 1999, la alcaldía de Santos Laredo (Brasil) adoptó una ley que reduce el nivel permitido de intensidad sonora de las ruidosas empresas forestales, de 90 dB a 60 dB a partir de mayo de 2009. Con la nueva ley, ¿qué relación hay entre la nueva intensidad permitida y la intensidad que se permitía antes? 4.- Mediante un tubo de 1,20 m de longitud se producen ondas sonoras estacionarias. Para la fundamental y los dos primeros sobretonos, ¿en qué puntos del tubo (midiendo desde el extremo izquierdo) están los nodos de desplazamiento y los nodos de presión presión Giovanni Salini C.
si a) el tubo está abierto por ambos extremos?; b) el tubo está cerrado en el extremo izquierdo y abierto en el derecho? 5.- Considere una onda sonora en el aire (vsonido=344 m/s) con amplitud de desplazamiento de 0,0200 mm. Calcule la amplitud de presión para frecuencias de a) 150 Hz; b) 1500 Hz; c) 15000 Hz. En cada caso, compare el resultado con el umbral del dolor (del oído humano) que es de 30 Pa. (R.: a) 7,78 Pa; b) 77,8 Pa; c) 778 Pa) 6.- Los antinodos adyacentes de una onda estacionaria en una cuerda están separados 15,0 cm. Una partícula en un antinodo oscila en movimiento armónico simple con amplitud de 0,850 cm y período de 0,0750 s. La cuerda está en el eje +x, fija en x=0. a) Obtenga el desplazamiento de un punto de la cuerda en función de su posición y el tiempo. b) Calcule la rapidez de propagación de una onda transversal en la cuerda. c) Calcule la amplitud en un punto 3,0 cm a la derecha de un antinodo. (R.: a) 4,0 m/s; c) 0,688 cm). 7.- Un alambre de piano con masa de 3,00 g y longitud de 80,0 cm se estira con una tensión de 25,0 N. una onda con frecuencia de 120,0 Hz y amplitud de 1,6 mm viaja por el alambre. a) � � � Calcule la potencia media que � � transporta la onda; b) ¿Qué sucede con � �
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FISICA 3 la potencia media si se reduce a la mitad la amplitud de la onda? (R.: a) 0,22 W) 8.- Imagine que efectúa mediciones y determina que se están propagando ondas sonoras igualmente en todas direcciones desde una fuente puntual y que la intensidad es de 0,026 W/m2 a una distancia de 4,3 m de la fuente. a) Calcule la intensidad a una distancia de 3,1 m de la fuente; b) ¿cuánta energía sonora emite la fuente en una hora si su emisión se mantiene constante? (R.: a) 0,050 W/m2; b) 6,04 W; 2,2×104J). 9.- Un altavoz es colocado sobre un bloque, conectado a un resorte (k = 50 N/m), como se observa en la figura 1. La masa total (bloque más altavoz) es 0,5 kg; el sistema oscila con M.A.S. y con una amplitud de 5 cm sobre una superficie lisa. Asuma que uAire = 340 m/s. Si el altavoz emite a 500 Hz. determine a) la frecuencia máxima percibida por la persona. b) La frecuencia mínima percibida por la persona. (R.: a) 500,74 Hz; b) 499,27 Hz)
Figura 1 10.- El sonar de un radiopatrulla estacionado al costado de una autopista emite hacia adelante un Giovanni Salini C.
pulso corto de ultrasonido de frecuencia 60 kHz. Luego de un breve tiempo, se capta el pulso de regreso con frecuencia 62 kHz desde un automóvil en movimiento. Determine la rapidez con que se mueve el automóvil e indique si el carro se acerca o se aleja del radiopatrulla. Considere uAire = 340 m/s. (R.: 5,57 m/s). 11.- Un tipo de acero tiene densidad de 7,8×103 kg/m3 y resistencia a la ruptura de 7,0 x 108 N/m2. Se fabricará una cuerda cilíndrica para guitarra con 4,00 g de este acero. a) Calcule la longitud y el radio de la cuerda más larga y delgada que pueda someterse a una tensión de 900 N sin romperse. b) ¿Qué frecuencia fundamental máxima podría tener esta cuerda? 12.- Dos silbatos de tren, A y B, tienen una frecuencia de 392 Hz. A está estacionario y B se mueve a la derecha (alejándose de A) a 35,0 m/s. Vea la figura 2. Un receptor está entre los dos trenes y se mueve a la derecha a 15,0 m/s. No sopla el viento. Según el receptor, a) ¿qué frecuencia tiene A?; b) ¿y B? c) ¿Qué frecuencia de pulsación detecta el receptor?
Figura 2 (R.: a) 375 Hz; b) 371 Hz)
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