PROBLEMAS DE ONDAS SONORA
FÍSICA II P.2
1) Dos cuerdas cuerdas de piano están están vibrando vibrando supuestamen supuestamente te a 220 Hz, pero un afinador afinador oye tres pulsos cada cada 2.0 s cuando las cuerdas se tocan juntas. a) Si una está vibran vibrando do a 220.0 220.0 Hz, Hz, ¿cuál ¿cuál debe ser la frecuencia frecuencia de de la otra? otra? b) ¿En qué qué porcentaje porcentaje debe aumen aumentarse tarse o disminuirs disminuirsee la tensión tensión para para que que queden queden afinadas afinadas?? 2) Los sonidos sonidos más más tenues que el oído oído humano humano puede detectar detectar a una frecuencia frecuencia de 1000 1000 Hz Hz corresp corresponde onde a una una 2 12 inte intens nsid idad ad cer cerca cana na a 1.0 1.0 × 10 W/m (el llamado umbral auditivo). Determine las amplitudes de presión y desplazamiento máximo asociado a este límite (la velocidad del sonido en el aire es es de 340 m/s). 3) Una Una bar barra ra de alum alumin inio io
= 7.0 × 10
y densidad
= 2.7 × 10
y sección 5.0
, transmite en
movimiento ondulatorio armónico producido por una fuente de 100 Hz de frecuencia y 20 W de potencia. Calcular: a) la velocidad de propagación y la longitud de onda. b) la ecuación de la onda armónica 4) Un bloque bloque con una una bocina atornillada atornillada a él se conecta conecta a un resort resortee que tiene tiene una constante constante de de resorte resorte k = 20.0 20.0 N/m N/m,, como se muestra en la figura. La masa total del bloque y la bocina es de 5.00 kg, y la amplitud de movimiento de esta unidad es 0.500 m.
a) La bocina emite emite ondas sonora sonorass de 440 Hz de frecuenc frecuencia. ia. Determine Determine las frecuen frecuencias cias más alta alta y más baja que que escucha una persona a la derecha de la bocina. b) Si el nivel sonoro sonoro máximo máximo que escucha escucha la persona persona es de 60.0 dB dB cuando está está más cerca cerca de la bocina, a 1.00 m de distancia, ¿cuál es el nivel sonoro mínimo que escucha el observador? 5) Un pozo pozo está está parc parcia ialm lmen ente te llen lleno o con con agua agua.. La sup super erfi fici ciee del del agua agua est estáá a una una dist distan ancia cia y el agu aguaa tien tienee una una profun profundid didad ad . Si algui alguien en en en la parte parte supe superio riorr del del pozo pozo grita grita dentro dentro de él, él, escuc escuchar haráá dos dos ecos. ecos. El prim primero ero se produce en la interface con el agua, sin embargo, algún sonido pasa la interface del agua y se refleja en el f ondo del pozo, produciendo el segundo eco, que puede ser detectado por un instrumento electrónico. En un experimento experimento se encuentra que el primer eco retorna 0.20 segundos después de que el sonido original fue producido y que el segundo eco eco reto retorn rnaa 0.03 0.035 5 segu segund ndos os desp despué uéss del del prim primer er eco eco.. Encu Encuen entr tree las las dos dos dis dista tanc ncia iass y . La vel veloc ocid idad ad del del son sonido ido en el aire es de 340 m/s y la velocidad velocidad del sonido en el agua de 1400 m/s. m/s. 6) La rapidez de una onda onda compresiva compresiva unidimensional que viaja a lo largo largo de una barra delgada de cobre es 3.56 km/s. A una barra de cobre se le da un martillazo en un extremo. Una persona en el extremo lejano de la barra percibe el sonido dos veces, transmitido a través del metal y a través del aire a 0°C, con un intervalo de tiempo t entre los dos pulsos. a) ¿Cuá ¿Cuáll soni sonido do lleg llegaa prim primer ero? o? b) Encuentre Encuentre la longitud longitud de de la barra como función función de t . c) Evalúe Evalúe la long longitu itud d de de la barra barra si si t = 127 127 ms. ms. d) Imagine Imagine que el cobre se se sustituye sustituye por un material material mucho mucho más rígido rígido a través del del cual el sonido sonido viajaría viajaría mucho más rápido. ¿Cómo cambiaría la respuesta del inciso b)? ¿Iría a un límite bien definido a medida que la rapidez de la señal en la barra tiende a infinito? Explique su respuesta. 7) Cada uno de tres diapaso diapasones nes A, B y C tienen tienen una una frecuencia frecuencia ligerame ligeramente nte diferente diferente.. Cuando Cuando se hacen hacen sonar A y B juntos, producen una frecuencia de de pulsación pulsación de 2 Hz. Hz. Cuando Cuando A y C se hacen hacen sonar sonar juntos se obtiene una frecuencia frecuencia de pulsación de 5 Hz. ¿Cuál es la frecuencia de pulsación que se obtiene cuando se hacen sonar juntos B y C?
PROBLEMAS DE ONDAS SONORA
FÍSICA II P.2
8) El tubo de órgano A, con ambos extremos abiertos, tiene una frecuencia fundamental de 300 Hz. La tercera armónica del tubo de órgano B, con un extremo abierto, tiene la misma frecuencia que la segunda armónica del tubo A. Determine la longitud de cada tubo
9) Una chispa eléctrica salta a lo largo de una recta de longitud L = 10 m, emitiendo un pulso de sonido que viaja radialmente hacia fuera desde la chispa (se dice que la chispa es una fuente lineal de sonido). La potencia de emisión es de P=1.6x104 W. ¿Cuál es la intensidad del sonido cuando llega a una distancia r = 12 m desde la chispa en W/m 2 y el nivel de intensidad en dB? 10) Dos personas A y B separadas 100 m se alinean con una fuente sonora de intensidad (I). Determine la distancia ( en metros) a la que se encuentra la persona A de la fuente si = 11) Dos barcos se mueven a lo largo de una línea hacia el este. El buque trasero tiene una rapidez, relativa a un punto de observación con base en tierra, de 64.0 km/h, y el buque delantero tiene una rapidez de 45.0 km/h en relación con dicho punto. Los dos barcos están en una región del océano donde el movimiento de la corriente es uniforme hacia el oeste a 10.0 km/h. El barco trasero transmite una señal de sonar a una frecuencia de 1200 Hz. a) ¿Cuál es la rapidez del buque trasero respecto al océano? b) ¿Cuál es la rapidez del buque delantero respecto al océano? c) ¿Qué frecuencia monitorea el barco delantero? 12) Una sirena policiaca emite una onda senoidal con frecuencia = 300 . La rapidez del sonido es de 340 m/s. Si la sirena se mueve a 30 m/s, calcule la longitud de onda λ para las ondas delante y detr ás de la fuente. 13) Un carro de bomberos que se mueve hacia la derecha a 40 m/s suena su sirena a una frecuencia de 500 Hz. Delante del carro de bomberos un auto va a 30 m/s y adelante del auto hay una camioneta detenida. Cuando el carro de bomberos está a 200 m del auto y a 250 m de la camioneta, los pasajeros en el auto perciben un nivel de intensidad sonora de 90 dB. En ese momento, ¿cuál es el nivel de intensidad que perciben los pasajeros en la camioneta? 14) Un submarino francés y uno estadounidense se desplazan el uno hacia el otro durante maniobras en aguas en calma en el atlántico norte. El submarino francés navega a 50 km/h, y el estadounidense, a 70 km/h. El submarino francés emite una señal de sonar (onda de sonido en agua) a 1000 Hz. Las ondas del sonar viajan a 5470 km/h. a) ¿Cuál es la frecuencia detectada por el submarino estadounidense? b) ¿Cuál es la frecuencia detectada por el submarino francés en la señal reflejada a él por el submarino de Estados Unidos? 15) Para permitir la medición de su rapidez, un paracaidista porta un zumbador que emite un tono estable a 1800 Hz. Un amigo ubicado en el suelo en el sitio de aterrizaje directamente abajo escucha el sonido amplificado que recibe. Suponga que el aire está tranquilo y que la rapidez del sonido es 343 m/s, independiente de la altitud. Mientras el paracaidista cae con rapidez terminal, su amigo en el suelo recibe ondas de 2150 Hz de frecuencia. a) ¿Cuál es la rapidez de descenso del paracaidista? b) Suponga que el paracaidista puede escuchar el sonido del zumbador reflejado del suelo. ¿Qué frecuencia recibe?
PROBLEMAS DE ONDAS SONORA
FÍSICA II P.2
16) En la figura se tiene una cuerda de extremos fijos, que está montada en una plataforma que se mueve con velocidad constante. La cuerda de longitud l tiene una T = 25 N y una = 10 g/m. Se cumple que el segundo armónico de la cuerda resuena con el fundamental de cada uno de los tubos. (Considere 300 m/s la rapidez del sonido en el aire)
a) b) c) d) e) f)
Calcule la frecuencia fundamental de resonancia para el tubo abierto Calcule la frecuencia fundamental de resonancia para el tubo cerrado Escriba la frecuencia Doppler percibida por el tubo 1 en función de v y l Escriba la frecuencia Doppler percibida por el tubo 2 en función de v y l Calcule el valor de la velocidad v de la plataforma. Calcule la longitud l de la cuerda.
