Taller 4 FISICA 3, NCR, SEMESTRE Feb-Jun 2016 Resuelva los ejercicios de acuerdo a lo aprendido en clase. 3-. La frecuencia fundamental de un tubo abierto es de 594 Hz. a) ¿Qué longitud tiene este tubo? Si se tapa uno de los extremos del tubo, calcule b) la longitud de onda y c) la frecuencia de la nueva fundamental. 4-. Se producen ondas sonoras estacionarias en un tubo de 1.20 m de longitud. 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, si a) el tubo está abierto por ambos extremos, y b) el tubo está cerrado en el extremo izquierdo y abierto en el derecho? 5-. Encuentre la frecuencia fundamental y la frecuencia de los tres primeros sobretonos de un tubo de 45.0 cm de longitud a) si está abierto abier to en ambos extremos, y b) si está cerrado en un extremo. Use v = 344 m/s. c) Determine el número del armónico más alto que podrá oír una persona que puede oír frecuencias de 20 a 20,000 Hz, para cada uno de los casos anteriores. 6-. Encuentre la frecuencia fundamental y las siguientes tres frecuencias que podrían causar patrones de onda estacionaria en una cuerda que tiene 30.0 m de largo, masa por unidad de longitud de 9.00 x 10 -3 kg/m y se estira a una tensión de 20.0 N. 7-. Una cuerda con una masa de 8.00 g y 5.00 m de longitud tiene un extremo unido a una pared; el otro extremo pasa sobre una pequeña polea fija y se amarra a un objeto colgante con una masa de 4.00 kg. Si la cuerda se pulsa, ¿cuál es la frecuencia fundamental de su vibración? 8-. En el arreglo que se muestra en la figura, un objeto se puede colgar de una cuerda (con densidad de masa lineal 0.002 kg/m) que pasa sobre una polea ligera. La cuerda se conecta a un vibrador (de frecuencia constante f) y la longitud de la cuerda entre el punto P y la polea es L = 2.00 m. Cuando la masa m del objeto objeto es 16.0 16.0 kg o 25.0 25.0 kg, se observan ondas estacionarias; sin embargo, no se observan ondas estacionarias con alguna masa entre estos valores. a) ¿Cuál es la frecuencia del vibrador? Nota: Mientras mayor es la tensión en la cuerda, menor es el número de nodos en la onda estacionaria. b) ¿Cuál es la masa de objeto más grande para la que se podrían observar ondas estacionarias?
9-. La cuerda superior de una guitarra tiene una frecuencia fundamental de 330 Hz cuando se le permite vibrar como un todo, a lo largo de su longitud de 64.0 cm desde el cuello al puente. Un traste se proporciona para limitar la vibración sólo a los dos tercios inferiores de la cuerda. Si la cuerda se presiona en este traste y se pulsa, ¿cuál es la nueva frecuencia fundamental? b) ¿Qué pasaría si? El guitarrista puede pulsar un “armónico natural” al tocar gentilmente la cuerda en la posición de este traste y pulsar la cuerda a aproximadamente un sexto del camino a lo largo de su longitud desde el puente. ¿Qué frecuencia se escuchará entonces? 10-. La cuerda La en un chelo vibra en su primer modo normal con una frecuencia de 220 Hz. El segmento oscilante tiene 70.0 cm de largo y una masa de 1.20 g. a) Encuentre la tensión en la cuerda. b) Determine la frecuencia de vibración cuando la cuerda oscila en tres segmentos. 11-. El tracto vocal humano es un tubo que se extiende unos 17 cm de los labios a los pliegues vocales (también llamados “cuerdas vocales”) cerca de la mitad de la garganta. Los pliegues se comportan como la lengüeta de un clarinete; y el tracto vocal, como tubo cerrado. Estime las primeras tres frecuencias de onda estacionaria del tracto vocal. Use v = 344 m/s. (Las respuestas sólo son un estimado, ya que las posiciones de los labios y la lengua afectan el movimiento del aire dentro del tracto.) 12-. Una fuente puntual emite ondas sonoras con una salida de potencia promedio de 80.0 W. a-. Encuentre la intensidad a 3.00 m de la fuente. 13-. La boca de un bebé está a 30 cm de la oreja del padre y a 1.50 m de la de la madre. ¿Qué diferencia hay entre los niveles de intensidad de sonido que escuchan ambos? 14-. El ayuntamiento de Sacramento adoptó hace poco una ley que reduce el nivel permitido de intensidad sonora de los odiados recogedores de hojas, de 95 dB a 70 dB. Con la nueva ley, ¿qué relación hay entre la nueva intensidad permitida y la intensidad que se permitía antes? a) ¿En qué factor debe aumentarse la intensidad del sonido para aumentar 13.0 dB el nivel de intensidad del sonido? b) Explique por qué no necesita conocer la intensidad original del sonido. 15-. Dos máquinas idénticas se colocan a la misma distancia de un trabajador. La intensidad del sonido entregado por cada máquina en funcionamiento en la posición del trabajador es de 2.0 x 10 -7 W/m2 . a-. Hallar el nivel sonoro que escucha el trabajador cuando una máquina está en funcionamiento. b-. Hallar el nivel sonoro que escucha el trabajador cuando dos máquinas están en funcionamiento: 16-. El área de un tímpano representativo es casi 5.00 x 10-5 m2. Calcule la potencia sonora incidente en un tímpano a a) el umbral de audición y b) el umbral de dolor. 17-. Calcule el nivel sonoro (en decibeles) de una onda sonora que tenga una intensidad de 4.00 mW/m 2 . 18-. El tubo que se muestra en la figura está lleno con aire a 20°C y presión de equilibrio de 1 atm. El diámetro del tubo es de 8.00 cm. El pistón se impulsa con una frecuencia de
600 Hz con una amplitud de 0.120 cm. ¿Qué potencia se debe suministrar para mantener la oscilación del pistón?
19-. En un estadio cerrado se realiza un espectáculo familiar en hielo. Los patinadores actúan con música a un nivel de 80.0 dB. Este nivel es muy bajo para su bebé, quien llora a 75.0 dB. a) ¿Qué intensidad sonora total absorbe usted? b) ¿Cuál es el nivel sonoro combinado? 20-. Un martillo neumático, funciona continuamente en un sitio de construcción, se comporta como una fuente puntual de ondas sonoras esféricas. Un supervisor de la construcción está de pie a 50.0 m al norte de esta fuente sonora y comienza a caminar hacia el oeste. ¿Cuánto tiene que caminar para que la amplitud de la función de onda caiga en un factor de 2.00? 21-. La potencia de salida de cierta bocina pública es de 6.00 W. Suponga que transmite por igual en todas direcciones. a) ¿Desde la bocina a qué distancia el sonido sería doloroso al oído? b) ¿A qué distancia, desde la bocina, el sonido sería apenas audible? 22-. Dos bocinas pequeñas emiten ondas sonoras de diferentes frecuencias, por igual, en todas direcciones. La bocina A tiene una salida de 1.00 mW, y la bocina B tiene una salida de 1.50 mW. Determine el nivel sonoro (en decibeles) en el punto C de la figura, si supone que a) sólo la bocina A emite sonido, b) sólo la bocina B emite sonido y c) ambas bocinas emiten sonido.
23-. Una carga de explosivo se detona a muchos metros sobre el suelo. A una distancia de 400 m de la explosión, la presión acústica alcanza un máximo de 10.0 N/m2. Suponga que la rapidez del sonido es constante en 343 m/s a través de la atmósfera sobre la región
considerada, que el suelo absorbe todo el sonido que cae en él y que el aire absorbe energía sonora como se describe en la proporción de 7.00 dB/km. ¿Cuál es el nivel sonoro (en decibeles) a 4.00 km de la explosión?
