PROBLEMAS RESUELTOS RESUELTOS PARA ONDAS SONORAS
1.
El sonido más claro que puede oírse tiene una amplitud de presión de cerca de 2x10 -5 N/m2, y el más alto que puede oírse sin dolor tiene una amplitud de presión de 28 N/m 2. Determinar en cada caso, la intensidad y el nivel de intensidad del sonido en W/m 2 y en db respectivamente, y la amplitud de las oscilaciones si la frecuencia es 500 Hz. Suponer que la densidad del aire es 1,29 kg/m 3 y que la velocidad del sonido es 345 m/s.
2.
a) ¿En cuánto varía la intensidad de una onda sonora cuando se duplica la amplitud de presión?, b) ¿En cuánto debería cambiar la a mplitud de presión para que la intensidad sea 10 veces mayor?
3.
Dos altavoces separados por una distancia de 3.00 m se excitan por el mismo oscilador. Un observador se encuentra originalmente en el punto O, el cual se localiza a 8.00 m del centro de la línea que conecta los dos altavoces. El observador camina después hacia el punto P, que está a una distancia perpendicular de 0.350 m a partir de O antes de alcanzar el primer mínimo en la intensidad sonora. ¿Cuál es la frecuencia del oscilador? Considere la velocidad del sonido en el aire igual a 343 m/s.
4.
Expresar en db la diferencia en los niveles de intensidad de dos ondas sonoras si a) la intensidad de una de las ondas es dos veces la intensidad de la otra, b) la amplitud de presión de una onda es el doble de la de la otra.
5.
Dos ondas sonoras, una en el aire y la otra en el agua, tienen la misma intensidad. a) ¿Cuál es el cociente entre las amplitudes de la onda en el agua y de la onda en el aire?, b) ¿Cuál sería la razón de sus intensidades si las amplitudes de las ondas de presión fueran las mismas?
6. Una fuente de sonido (1000 Hz) emite uniformemente en todas las direcciones. Un observador a 3.00 m de la fuente mide un nivel sonoro de 40 db. Calcule la potencia promedio de salida de la fuente.
7.
Dos parlantes, A y B, radían sonido uniformemente en todas direcciones. La potencia acústica de A es 8x10 -4 watts, y la del segundo es 13.5x10 -4 watts. Ambos parlantes vibran en fase a una frecuencia de 173 ciclos por segundo. a)
Determine la diferencia de fase de las dos señales en el punto C el cual se encuentra a lo largo de la línea que une a A y B, a 3 metros de B y a 4 metros de A.
b)
Determine la intensidad en C debido al parlante A si el B está apagado, y la intensidad en C del parlante B si A está apagado.
c)
Con ambos parlantes trabajando, ¿cuál es la intensidad y el nivel de intensidad en C?. Considere la velocidad del sonido igual a 346 m/s.
8.
El tono de un silbato de una locomotora es de 500 Hz. Determinar la frecuencia del sonido que oye una persona en la estación si el tren se mueve con una velocidad de 72 km/h a) acercándose, b) alejándose de la estación.
9.
Jane espera en un andén de ferrocarril, mientras dos trenes de aproximan desde la misma dirección a iguales velocidades de 8.0 m/s. Los dos trenes suenan sus silbatos (los cuales tienen la misma frecuencia), y un tren está a cierta distancia detrás del otro. Después de que el primer tren pasa frente a Jane, pero an tes de que el segundo tren lo haga también, ella escucha pulsaciones de 4 Hz de frecuencia. ¿Cuál es la frecue ncia de los silbatos de los trenes?
15.- Una flauta es una cavidad resonante que puede ser modelada como un tubo de longitud L, Abierto en un extremo y cerrado en el otro, como se muestra en la figura. a. Estime la longitud este flauta, si la
velocidad del sonido en el aire es 340 m/s y su frecuencia fundamental es 80 Hz El tubo solo puede resonar si se cumple:
( 2 − 1) = (2 (2 − 1) = = 4
L
4
2n 1 4 f
v
1 4 80
340 1.06m
b. Calcule las frecuencias a que podría la flauta vibrar, en el intervalo comprendido entre 10 y 1000 Hz f 3
2n 1
3
v
4 L 4 1.06 400 Hz f 5 5 f 1 400
340 340 241 241 Hz 560 Hz f 7 7 f 1 560
720 Hz f 9 9 f 1 720
880 Hz f 11 11 f 1 880
c.
Si un sonido de 60 dB se escucha a 3 m de distancia. Determine la potencia con que se está soplando la flauta
I I 10 12 10 6 10 6 W 2 12 m 10
10 log
P I 4 R
2
10 4 3 113.1 10 W 6
2
6
17.- Un jet pasa volando a Mach 1.70 y altitud constante de 950 m. a) ¿Qué ángulo a tiene el cono de la onda de choque? b) ¿Cuánto tiempo después de pasar el avión directamente arriba oímos el estampido sónico? Desprecie la variación de la rapidez del sonido con la altitud. a) V/Vs =1/1.70 = 0.588 = arcsin(0.588) = 36.0°.
α
b)
