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Ing. Esteban Ledroz – Ing. Ronio Guaycochea 1

LICENCIATURA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA

FÍSICA BIOLÓGICA TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES


FÍSICA BIOLÓGICA

TRABAJO PRÁCTICO Nº 7

ONDAS – SONIDO - RADIACIONES

Ing. RONIO GUAYCOCHEA

Ing. MARCO DE NARDI

Ing. ESTEBAN LEDROZ

Ing. THELMA AURORA ZANON

AÑO 2014




1. ¿Que es una Onda Mecánica?: Es una perturbación que viaja por un material o sustancia que es un medio de la onda.

2. ¿Qué entiende por movimiento ondulatorio?

El movimiento ondulatorio puede ser visto con una alteración (momentánea) del estado de equilibrio

(perturbación) de las partículas que forman el medio.

En cada caso el movimiento ondulatorio es una alteración del estado de equilibrio que viaja de una

región del medio a otra y siempre hay fuerzas que tienden a restablecer el sistema a su estado de

equilibrio.

En general la perturbación se propaga a una rapidez debida: rapidez de la onda.

3. ¿Qué entiende por rapidez (velocidad) de la onda?

Note que la rapidez (velocidad) de la onda, no es la rapidez del movimiento de las partículas del medio,

sino la velocidad de propagación de la perturbación

4. Movimiento oscilatorio armónico

Onda sinusoidal

a) ¿A que se denomina onda sinusoidal?

Se llama sinusoide la curva que representa gráficamente la función seno

b) Indique Amplitud

Es el máximo alejamiento en el valor absoluto de la curva medida desde el eje x, se indica con la letra A

c) Indique y defina Longitud de onda:

Es una distancia. Es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado

intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de

alguna propiedad física de la onda. La longitud de onda se mide en metros en unidades del Sistema

Internacional, se indica la letra (lambda)

d) Defina Periodo

Periodo es el tiempo que tarda la onda en cumplir un ciclo completo, se indica con la letra T

Unidades: la unidad del periodo es 1/seg

e) Indique y defina frecuencia

Es el número de ciclos de una onda por segundo y es la inversa del periodo

T

fsegt

nf

tiempo

ciclosdenf

11

f) Escribir las formulas de velocidades de onda y su relación con , v, T

En una onda sinusoidal de frecuencia f y periodo T, la longitud de onda viene dada por la expresión




Tvfv

TvT

1fcomo

f

v

Donde v es la velocidad de propagación de la onda. En el caso de ondas electromagnéticas

propagándose en el vacío, la velocidad de propagación es la velocidad de la luz; en el caso de ondas de

sonido, es la velocidad del sonido (331,5 m/seg en aire)

g) en donde “ ” es la longitud de onda y “ ” es la frecuencia, establecer:

h) la relación entre la “ ” y la “ ” f

v

i) la relación entre la “ ” y la “ ” fvIdem

j) la relación entre la “ ” y la “T ” T

v

Onda sinusoidal

Onda sinusoidal

A

90º

p

180º

2p270º

(3/2)p

360º

2p

T

elementos que componen una onda sinusoidal

t

A: Amplitud (dB en el caso de sonido)

T: Periodo (1/seg)

: Longitud de onda (m)

5. Frecuencia de un sonido

La frecuencia de un sonido es el número de ciclos de una onda de sonido en un segundo. La unidad de

medición es el hertzio ( o hercio) (Hz). La frecuencia de un sonido aumenta a medida que se incrementa

el número de ciclos. Las vibraciones entre 20 y 20.000 ciclos por segundo los interpreta como sonido

una persona sana. Un sonido agudo podría ser un flautín o el canto de un pájaro. Los sonidos graves

podrían ser el sonido de un trueno desde lejos o los tonos de un bajo.

6. Reflexión, refracción de una onda




Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios con diferentes índices de refracción (n2 > n1). Como

la velocidad de fase es menor en el segundo medio (v2 < v1), el ángulo de refracción θ2 es menor que el

ángulo de incidencia θ1; esto es, el rayo en el medio de índice mayor es cercano al vector normal.

Ejemplo

40451 211 airen

Calcular el indice de regracion n2

1,140

451

40451

2

2

2211

seno

senon

senonseno

senonsenon

Material Índice de

refracción

Vacío 1

Aire (*) 1,0002926

Agua 1,333

Acetaldehído 1,35

Solución de azúcar (30%) 1,38

1-butanol (a 20 °C) 1,399

Glicerina 1,473

Heptanol (a 25 °C) 1,423


Benceno (a 20 °C) 1,501

Metanol (a 20 °C) 1,329

Cuarzo 1,544

Vidrio (corriente) 1,52

Disulfuro de carbono 1,6295

Cloruro de sodio 1,544

Diamante 2,42




7. ¿Qué es el sonido?

El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para que se genere un sonido es

necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios

elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. La fonética acústica concentra su

interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden

describir gráfica y/o cuantitativamente.

La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas

mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se

producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.

El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que se producen cuando las oscilaciones de

la presión del aire, son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el

cerebro.

8. Magnitudes físicas del sonido.

Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides

con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida

que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (λ), frecuencia (f) o inversa del

período (T), amplitud (que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que

confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición

de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda

con respecto a otra.

9. Velocidades del sonido

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es

mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o

moleculares conforme más sólida es la materia.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/seg = 1234,8 km/h.

En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s (por cada grado centígrado que sube la

temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)

En el agua (a 25 °C) es de 1493 m/s.

En la madera es de 3700 m/s.

En el hormigón es de 4000 m/s.

En el acero es de 6100 m/s.

En el aluminio es de 6400 m/s.

Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente, a partir de las unidades físicas medibles de una

fuente sonora, se define el nivel de potencia, WL en decibelios, y para ello se relaciona la potencia de la

fuente del sonido a estudiar con la potencia de otra fuente cuyo sonido esté en el umbral de audición,

por la fórmula siguiente:

)(10

log1010)(log1012

110

0

110 dB

WdB

W

WLW

En donde 1W es la potencia a estudiar, en vatios (variable), 0W es el valor de referencia, igual

a )/(10 212

0 mWW que es el umbral de la audición humana, y es el logaritmo en base 10 de

la relación entre estas dos potencias.

Las ondas de sonido producen un aumento de presión en el aire, luego otra manera de medir físicamente

el sonido es en unidades de presión Pa (pascales). Y puede definirse el nivel de presión,, PL que también

se mide en decibelios.

)(1020

20)(106

1102

0

2

110 dB

PLogdB

P

PLogLP

En donde P1 es la presión del sonido a estudiar, y P0 es el valor de referencia, que para sonido en el aire

es igual a , Pa61020 o sea 20 micropascales (20 μPa, donde Pa = pascal, unidad de presión del




Sistema Internacional de unidades). Este valor de referencia se aproxima al umbral de audición en el

aire.

10. Ejemplos de distintas intensidades de sonido expresadas en dB(HL.):

FUENTES DE SONIDO DECIBELES

(dB)

Umbral de audición 0

Susurro, respiración normal, pisadas suaves 10

Rumor de las hojas en el campo al aire libre 20

Murmullo, oleaje suave en la costa 30

Biblioteca, habitación en silencio 40

Tráfico ligero, conversación normal 50

Oficina grande en horario de trabajo 60

Conversación en voz muy alta, gritería, tráfico intenso de ciudad 70

Timbre, camión pesado moviéndose 80

Aspiradora funcionando, maquinaria de una fábrica trabajando 90

Banda de música rock 100

Claxon de un coche, explosión de petardos o cohetes empleados en pirotecnia 110

Umbral del dolor 120

Martillo neumático (de aire) 130

Avión de reacción durante el despegue 140

Motor de un cohete espacial durante el despegue 180

11. Que es el ultrasonido?

El ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del umbral de audición

del oído humano (aproximadamente 20.000 Hz).

Los sonidos producidos son audibles por un ser humano promedio si la frecuencia de oscilación está

comprendida entre 20 Hz (hercios ) y 20 000 HZ (hercios) o 20 KZ (kilo hercios) Por encima de esta

última frecuencia se tiene un ultrasonido no audible por los seres humanos, aunque algunos animales

pueden oír ultrasonidos inaudibles por los seres humanos.

12. Explique el fenómeno de difracción de una onda al interponer en el camino de una onda plana

una barrera con una abertura

Difracción: Al interponer en el camino de una onda plana una barrera con una abertura, las

vibraciones procedentes de los puntos que están a ambos lados de la abertura no pueden avanzar y

detrás de la barrera sólo se observa el envolvente de las ondas que proceden de los focos secundarios

que caben por la abertura. En consecuencia, los frentes de onda dejan de ser planos y adquieren una

forma curvada o semicircular. Este fenómeno se llama difracción.

Para que se observe bien la difracción es necesario que la rendija sea del mismo tamaño o menor que la

longitud de onda. Si es mayor, la curvatura de los frentes de onda se produce únicamente en los bordes y

puede llegar a no apreciarse, tal como se indica en los dibujos adjuntos.




13. Unidad de medición del sonido

El sonido se prepaga en forma tridimensional, lo que significa una dimensión esférica y dado que el oído

humano cubre un rango de frecuencias en el orden de 20 a 20.000 Hz, se estableció el concepto de

intensidad relativa, definida en escala logarítmica y cuya unidad es el “Bel”.

0I

ILog

Intensidad de la mínima frecuencia audible,

)/(10 212

0 mWI

Decibelio (dB)

El termino dB (decibelio) y la escala de dB se utilizan en todo el mundo para medir los niveles de

sonido. La escala de decibelios es una escala logarítmica en la que el doble de la presión de sonido

corresponde a un aumento del nivel de 6 dB.

14. El siguiente diagrama de audibilidad indica límites de las diferentes sensaciones auditivas:




15. Que son los Sonidos graves?

Son los sonidos de baja frecuencia del espectro audible, por lo general son sonidos que están a menos de

5 KHz.

16. Sonidos los sonidos agudos?

Generalmente los sonidos por encima de 5 kHz son considerados agudos.

El umbral de audibilidad correspondiente a 1000 Hz.

17. Explique el Efecto Doppler

Si la fuente sonora está en movimiento, la percepción del sonido va a ser más aguda a medida que la

fuente se acerca al observador; mientras que va a ser más grave cuando la fuente se aleja.

S

ERSR

V

fVVf

Receptor Móvil

)( ES

ESR

VV

fVf

Emisor Móvil

+ = Cuando la velocidad del emisor tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido al receptor

- = Cuando la velocidad del emisor tiene distinto sentido que la velocidad del sonido al receptor

fR= Frecuencia del receptor

VS = Velocidad del sonido

VR = Velocidad del receptor

VE = Velocidad del emisor

fE = Frecuencia del emisor

Nota: 3,6 Km/hs = 1 m/seg




PROBLEMAS ONDAS

Problema 1.

El edificio Sears, ubicado en Chicago, se mece con una frecuencia aproximada a 0,10 Hz. ¿Cuál

es el periodo de la vibración?

Datos:

f = 0,1 [Hz]

T = ?

Solución:

Problema 2.

Un péndulo realiza 10 oscilaciones en un tiempo de 24 segundos, ¿cuál será su periodo y su

frecuencia?

Solución

Frecuencia

La frecuencia de un sonido es el número de ciclos por segundo

][seg/ciclo2,4g][ciclos/se0,416

1

f

1T

g][ciclos/se0,416][24

][10

T

seg

ciclosf

Problema 3.

Una ola en el océano tiene una longitud de 10 m. Una onda pasa por una determinada posición

fija cada 2 s. ¿Cuál es la velocidad de la onda?

Datos:

λ = 10 [m]

T = 2 [s]

v = ?

Solución:

Problema 4.

Ondas de agua en un plato poco profundo tienen 6 cm de longitud. En un punto, las ondas

oscilan hacia arriba y hacia abajo a una razón de 4,8 oscilaciones por segundo. a) ¿Cuál es la

rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es el periodo de las ondas?

Datos:

λ = 6 [cm]

f = 4,8 [Hz]

v = ?

T = ?

Solución:




Problema 5.

Ondas de agua en un lago viajan a 4,4 m en 1,8 s. El periodo de oscilación es de 1,2 s. a) ¿Cuál

es la rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es la longitud de onda de las ondas?

Datos:

d = 4,4 [m]

t = 1,8 [s]

T = 1,2 [s]

v = ?

λ = ?

Solución:

Problema 6.

La frecuencia de la luz amarilla es de 5x1014 Hz. Encuentre su longitud de onda.

Datos

La velocidad de la luz es de 300.000 Km/seg = 3x108

m/seg

Solución

m106]/1[10145

]/[00300000 8-

seg

segm

f

V

fVT

V

Problema 7.

Se emiten señales de radio AM, entre los 550 kHz hasta los 1.600 kHz, y se propagan a 3x108

m/s. a) ¿Cuál es el rango de las longitudes de onda de tales señales?, b) El rango de frecuencia

para las señales en FM está entre los 88 MHz y los 108 MHz y se propagan a la misma

velocidad, ¿cuál es su rango de longitudes de onda?

Solución

a)

m187,5]/1[1600000

]/[103

m545,45]/1[550000

]/[103

/1031600000550000

8

1

2

8

1

1

8

21

seg

segm

f

v

seg

segm

f

v

segmvHzfHzf

b)




m2,77]/1[10108

]/[103

m3,41]/1[1088

]/[103

/103101081088

6

8

1

2

6

8

1

1

86

2

6

1

seg

segm

f

v

seg

segm

f

v

segmvHzfHzf

SONIDO

Problema 8.

1 - Un sonido de 40 db y 50 Hz, ¿es audible? NO

2 - Un sonido de 40 db y 200 Hz, ¿es audible? SI

3 - Un sonido de 40 db y 5 KHz, ¿es audible? SI

4 - Un sonido de 40 db y 7000 Hz, ¿es audible? SI



7 - Un sonido de 20 db y 25 KHz, ¿es audible? NO es el rango de ultrasonido

La sirena de una ambulancia emite un sonido de 2000 Hz. Responder los ítems 5 y 6.

Se utilizará el diagrama de frecuencias e intensidades

50 Hz

1 - Un sonido de 40 db y 50 Hz, ¿es

audible? NO

2 - Un sonido de 40 db y 200 Hz,

¿es audible? SI

3 - Un sonido de 40 db y 5 KHz,

¿es audible? SI


¿es audible? SI


¿es audible? NO


¿es audible? NO

200 Hz5 KHz

5000 Hz 10 KHz

10000 Hz

1 2 3 4 5

6

20 KHz

20000 Hz

7 KHz

7000 Hz Problema 9.

El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20000 Hz.

Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en el aire con la

velocidad de 330 m/s.

Solución




m0,0165]/1[20000

]/[330

m16,5]/1[20

]/[330

/3302000020

1

2

1

1

21

seg

segm

f

v

seg

segm

f

v

segmvHzfHzf

Problema 10.

Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 hertz y produce ondas de 2 m.

¿Con qué velocidad se propaga el sonido en el agua?

Solución

]/[1500]/1[750][2

7502

segmsegmvfv

Hzfm

Problema 11.

¿Con qué frecuencia se percibe cuando se acerca a una velocidad de 60 km/h? La sirena de una

ambulancia emite un sonido de 2000 Hz.

Nota: 3,6 Km/hs = 1 m/seg Nota: 3,6 Km/hs = 1 m/seg

+ = Cuando la velocidad del emisor tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido al

receptor

m/s16,676,3

60EV

S

ERSR

V

fVVf

Receptor Móvil

)( ES

ESR

VV

fVf

Emisor Móvil

En este caso es Emisor Móvil y tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido

Emisor

Velocidad Emisor = 60 Km/h

Velocidad sonido = 331 m/seg

Receptor

f = 2000 Hz

1,9KHzHz1904,1)/()67,16331(

2000)/(331

)(

/331

segm

Hzsegm

VV

fVf

smV

ES

ES

R

S

Problema 12.

¿Y cuándo se aleja a esa misma velocidad?

- = Cuando la velocidad del emisor tiene distinto sentido que la velocidad del sonido al receptor

KHz2,106Hz2106,066)/()67,16331(

2000)/(331

)(

/331

segm

Hzsegm

VV

fVf

smV

ES

ES

R

S

Emisor Velocidad Emisor = 60 Km/h


Receptor

f = 2000 Hz




Problema 13.

¿Con qué frecuencia se recibe un sonido de 1800 Hz cuando el receptor se acerca a una

velocidad de 70 Km/h hacia la fuente que los produce?

S

ERSR

V

fVVf

Receptor Móvil


receptor

- = Cuando la velocidad del emisor tiene distinto sentido que la velocidad del sonido al

receptor

Emisor Fijo

Velocidad Receptor = 70 Km/h


Receptor Movil

f = 1800 Hz

m/seg19,446,3

/70

hKmvR

?

1800

R

E

f

Hzf

KHz1,694Hz1694,28

)/(331

1800)/(44,19331

segm

Hzsegmf R

Problema 14.

Calcule la frecuencia con la que percibe un policía la alarma de un banco si se aproxima en su

coche a una velocidad de 120 km/h, siendo que la frecuencia a la que emite la alarma es de 750

Hz.

Es un caso de receptor móvil que se acerca a la fuente emisora

m/seg33,336,3

/120

hKmvR

Emisor Fijo

Velocidad Receptor = 120 Km/h


Receptor Movil

f = 750 Hz

KHz0,674Hz674,47)/(331

750)/(33,33331

segm

Hzsegmf R

Problema 15.

Una fuente sonora que emite un sonido de 380 Hz se acerca con una velocidad de 25 m/s hacia

un observador que se encuentra en reposo. ¿Cuál es la frecuencia detectada por el observador?

Emisor Movil Velocidad Receptor = 25 m/seg


Receptor Fijo

f = 380 Hz

)( ES

ESR

VV

fVf

Emisor Móvil


receptor




KHz0,353Hz353,31)/()25331(

380)/(331

segm

HzsegmfR

Problema 16.

Un rayo, producto de una descarga atmosférica, es observado por una persona y lo escucha 10

seg después, a que distancia se produjo el rayo del observador?

Rayo descarga

atmosferica

Observador

Distancia

x = Vs.t

x = Espacio recorrido (m)

t = Tiempo (seg)

vS = Velocidad del sonido (m/seg)

msegsegmxtvxt

xv SS 3310)(10)/(331

Problema 17.

Un rayo, producto de una descarga atmosférica, cae en un determinado lugar, a que distancia

debe estar ubicada una persona para que sea escuchado 8 seg después.

msegsegmxtvxt

xv 2648)(8)/(331

Problema 18.

Niveles de sonido, en base a los diagrama e información complementaria. Establezca:

a) Umbral de audición,

b) Umbral toxico

c) Umbral de dolor El “umbral de audición” representa la cantidad mínima de sonido o de vibraciones por segundo

requeridas para que el sonido lo pueda percibir el oído humano. Ese número de vibraciones se

corresponde con una frecuencia aproximada de 1 kHz (10-12 W/m2).

Un sonido de 70 dB produce efectos psicológicos negativos en tareas que requieren concentración y

atención, mientras que entre 80 y 90 dB puede producir reacciones de estrés, cansancio y alteración del

sueño.

Los ruidos entre 100 y 110 dB, denominado “umbral tóxico”, pueden llegar a ocasionar lesiones del

oído medio

Los ruidos superiores a los 120 dB entran en el denominado “umbral del dolor”, es decir, son ruidos

insoportables que provocan sensación de dolor en el oído humano. Son sonidos que superan 1 W/m2.

El oído es un órgano del cuerpo humano muy sensible y avanzado. La tarea principal del oído es

detectar y analizar los ruidos mediante el proceso de transducción. Otra función muy importante del

oído es la de mantener el sentido del equilibrio.

La mejor forma de describir el funcionamiento del oído es mostrando la ruta que siguen las ondas

sonoras en su trayectoria a través de este órgano. El oído se divide en tres partes principales:

Problema 19.

Cierta fuente puntual emite ondas sonoras de 80 W de potencia. Calcula la intensidad de las

ondas a 3,5 m de la fuente.

Solución




El umbral de audición del oído del ser humano es de I0 = ]/[101 212 mW

La ondas sonoras se propagan uniformemente en todas direcciones en forma esférica

La superficie de una esfera es 24 rS p

][W/m0,519][)5,3(4

][80

4

2

222

m

WI

r

PI

pp

dB117,15]/[101

]/[519,010

10

212

2

0

mW

mWLogSL

I

ILogSL

Que resulta un valor muy alto para el oído humano

Problema 20.

Dos altavoces que emite a la misma frecuencia están separados 1,4 m entre sí. A 3 m sobre la

perpendicular trazada desde el punto medio entre los altavoces se encuentra un micrófono. Se

hace girar el micrófono y se encuentra el 1ª máximo cuando el ángulo girado es de 15º ¿A qué

frecuencia emiten los altavoces?

Problema 21.

Un tubo de órgano abierto en los dos extremos tiene dos armónicos sucesivos con frecuencias de

240 y 280 Hz ¿Cuál es la longitud del tubo?

La longitud de onda correspondiente a los distintos armónicos, en un tubo con los extremos

abiertos, es:

ln = 2L/n siendo n = 0,1,2,3.0….

La frecuencia de dos armónicos sucesivos es

L

nvfn

L

nvfn

2

)1(1

2

Siendo v la velocidad de propagación

Relación de frecuencias

640

240

24040

240240280

240240280

)1(240280

1

240

280

n

n

nn

nn

nn

n

n

Suponiendo que la velocidad del sonido en el aire es 340 m/seg

suponiendo que la velocidad del sonido es v = 340 ms-1 la longitud de onda del sexto armónico

es:




mL

L

25,42240

6340

:es tubodel longitud la donde de

6

2

240

340

Problema 22.

En época de lluvia, es muy común que de momento se observa una luz brillante y

posteriormente el trueno. ¿A qué distancia se produce un rayo? Si al observar el relámpago de

luz, cuatro segundos después se escucha el trueno.

Datos

t = 4 seg

Velocidad del sonido en el aire v = 330 m/seg

Velocidad de la luz v = 3x108 m/seg

Solución

Se considera la luz del rayo llega al ojo humano en forma instantánea

Se considera solo la velocidad del sonido que se propaga a velocidad constante

][1320][4]/[330 msegsegmxtvxt

xv

Problema 23.

Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 1360 m,

¿en qué tiempo se escucharía el trueno? Si el sonido ahora viaja por agua.

Solución

La velocidad del sonido en el agua es de es de 1493 [m/s].

[seg]0,91]/[1493

][1360

segm

mt

v

xt

t

xv

Problema 24.

Una tubería de acero es golpeada a una distancia de 3.2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto

donde se escucha en 0.53 segundos ¿a qué velocidad viaja el sonido?

[m/seg] 6037,73][53,0

][3200

seg

mv

t

xv

Problema 25.

El sonido de una cuerda indica un tono de DO si la frecuencia de éste es de 261 Hertz. Y se

transmite en el aire ¿cuál será la longitud de onda?

Solución

[m]1,37]/1[261

]/[330

seg

segm

f

v

Problema 26. Describa las distintas partes que componen el oido humano y las funciones que desempañan.




El oído humano es un sistema de análisis de sonidos extraordinariamente complejo, que es capaz de

percibir sonidos en una gama muy amplia de intensidades y frecuencias. El oído consta de tres partes: el

oído externo, el oído medio, el oído interno. El oído externo capta los sonidos gracias al Pabellon

Auricular. Las vibraciones sonoras se transmiten a través del conducto auditivo, del oido externo al

Tímpano haciéndolo vibrar. El tímpano esta conectado a una cadena de tres huecesillos, (martillo,

yunque y estribo) en el oído medio. El oído medio intensifica la energía de las vibraciones sonoras y las

transmite a la coclea (oído interno). Las vibraciones sonoras que entran a la coclea, un caracol relleno de

un liquido denso, producen una onda que viaja a través de la coclea y viaja a través de ella. Esta onda

hace vibrar la membrana basilar, en la cual se encuentran miles de células, minúsculas, llamadas células

ciliadas, que registran las diferentes frecuencias sonoras. Las célula ciliadas que están conectadas a las

fibras del nervio auditivo, producen señales electroquímicas que son transmitidas a través del nervio

auditivo hasta el cerebro, donde se reconocen los sonidos.




TRABAJO PRACTICO A ENTREGAR POR ELUMNO

PROBLEMAS ONDAS

Problema 1.

Un edifico se mece con una frecuencia aproximada a 0,15 Hz. ¿Cuál es el periodo de la

vibración?

Problema 2.

Un péndulo realiza 15 oscilaciones en un tiempo de 25 segundos, ¿cuál será su periodo y su

frecuencia?

Problema 3.

Una ola en el océano tiene una longitud de 8 m. Una onda pasa por una determinada posición

fija cada 2,2 s. ¿Cuál es la velocidad de la onda?

Problema 4.

Ondas de agua en un plato poco profundo tienen 4 cm de longitud. En un punto, las ondas

oscilan hacia arriba y hacia abajo a una razón de 4,2 oscilaciones por segundo. a) ¿Cuál es la

rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es el periodo de las ondas?

Problema 5.

Ondas de agua en un lago viajan a 4,2 m en 1,6 s. El periodo de oscilación es de 1,1 s. a) ¿Cuál

es la rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es la longitud de onda de las ondas?

Problema 6.

La frecuencia de cierta luz amarilla es de 5x1013

Hz. Encuentre su longitud de onda.

La velocidad de la luz es de 300.000 Km/seg = 3x108

m/seg

Problema 7.

Se emiten señales de radio AM, entre los 560 kHz hasta los 1.700 kHz, y se propagan a 3,5x108

m/s. a) ¿Cuál es el rango de las longitudes de onda de tales señales?, b) El rango de frecuencia

para las señales en FM está entre los 90 MHz y los 110 MHz y se propagan a la misma

velocidad, ¿cuál es su rango de longitudes de onda?




SONIDO

Problema 8.

1 - Un sonido de 60 db y 50 Hz, ¿es audible?


3 - Un sonido de 60 db y 5 KHz, ¿es audible?




7 - Un sonido de 60 db y 25 KHz, ¿es audible?

La sirena de una ambulancia emite un sonido de 2300 Hz. Responder los ítems 5 y 6.

Se utilizará el diagrama de frecuencias e intensidades

Problema 9.

El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20000 Hz.

Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en cierto aire con

la velocidad de 335 m/s.

Problema 10.

Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 760 hertz y produce ondas de 2,1

m. ¿Con qué velocidad se propaga el sonido en el agua?




Problema 11.

¿Con qué frecuencia se percibe cuando se acerca a una velocidad de 65 km/h? La sirena de una

ambulancia emite un sonido de 1900 Hz.

Problema 12.

¿Y cuándo se aleja a esa misma velocidad?

Problema 13.

¿Con qué frecuencia se recibe un sonido de 1600 Hz cuando el receptor se acerca a una

velocidad de 80 Km/h hacia la fuente que los produce?

Problema 14.

Calcule la frecuencia con la que percibe un policía la alarma de un banco si se aproxima en su

coche a una velocidad de 125 km/h, siendo que la frecuencia a la que emite la alarma es de 950

Hz.

Problema 15.

Una fuente sonora que emite un sonido de 680 Hz se acerca con una velocidad de 20 m/s hacia

un observador que se encuentra en reposo. ¿Cuál es la frecuencia detectada por el observador?

Problema 16.

Un rayo, producto de una descarga atmosférica, es observado por una persona y lo escucha 20

seg después, a que distancia se produjo el rayo del observador?

Rayo descarga

atmosferica

Observador

Distancia

Problema 17.

Un rayo, producto de una descarga atmosférica, cae en un determinado lugar, a que distancia

debe estar ubicada una persona para que sea escuchado 14 seg después.

Problema 18.

Niveles de sonido, en base a los diagrama e información complementaria. Establezca:

d) Umbral de audición,

e) Umbral toxico

f) Umbral de dolor

g) La frecuencia a partir de lo cual se considera ultrasonido

Problema 19.

Cierta fuente puntual emite ondas sonoras de 90 W de potencia. Calcula la intensidad de las

ondas a 4,1 m de la fuente. Es un valor alto o bajo para el oído humano

Problema 20.

Dos altavoces que emite a la misma frecuencia están separados 1,4 m entre sí. A 3 m sobre la

perpendicular trazada desde el punto medio entre los altavoces se encuentra un micrófono. Se




hace girar el micrófono y se encuentra el 1ª máximo cuando el ángulo girado es de 15º ¿A qué

frecuencia emiten los altavoces?

Problema 21.

Un tubo de órgano abierto en los dos extremos tiene dos armónicos sucesivos con frecuencias de

250 y 290 Hz ¿Cuál es la longitud del tubo?

Problema 22.

En época de lluvia, es muy común que de momento se observa una luz brillante y

posteriormente el trueno. ¿A qué distancia se produce un rayo? Si al observar el relámpago de

luz, siete segundos después se escucha el trueno.

Problema 23.

Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 2100 m,

¿en qué tiempo se escucharía el trueno? Si el sonido ahora viaja por agua.

Problema 24.

Una tubería de acero es golpeada a una distancia de 2,2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto

donde se escucha en 0,33 segundos ¿a qué velocidad viaja el sonido?

Problema 25.

El sonido de una cuerda indica un tono de DO si la frecuencia de éste es de 263 Hertz. Y se

transmite en el aire ¿cuál será la longitud de onda?




RADIACIONES PROBLEMAS

Problema 1

El año luz es una unidad que sirve como medida de longitud en astronomía. Se lo define como

la longitud recorrida por un rayo luminoso en un año. Exprese un año luz en km.

Problema 2

Calcular el tiempo que tarda en llegar a la Tierra la luz de una estrella situada a 3,78x1016

m.

Solución

La velocidad de la luz es v = 3x108 m/seg

[seg]101,26]/[103

)][1078,3 8

8

16

segm

mt

v

xt

t

xv

Un año tiene

[años]4,05[seg]103,11

[seg]101,26 años n

[seg]103,11360243600

7

8

7

Problema 3

¿Cuál será la distancia a que se encuentra una estrella cuya luz tarda 3,5 años en llegar a la

tierra?

Solución

La estrella se encuentra a 3,5 años luz de distancia de la tierra

La luz recorre en un año la siguiente distancia

[seg]103,11360243600 7

La luz recorre en un año

[m]109,33[seg]103,11]/[103 1578 segmxtvx

En 3,5 años

[Km]103,26x

[m]103,26[m]109,335,3

13

1615

x

Problema 4

Un rayo luminoso pasa del aire a otro medio formando un ángulo de incidencia de 45° y uno de

refracción de 40 °. ¿Cuál es el índice de refracción relativo de ese medio?




Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios con diferentes índices de refracción (n2 > n1). Como

la velocidad de fase es menor en el segundo medio (v2 < v1), el ángulo de refracción θ2 es menor que el

ángulo de incidencia θ1; esto es, el rayo en el medio de índice mayor es cercano al vector normal.

1,140

451

40451

2

2

2211

seno

senon

senonseno

senonsenon

Material Índice de

refracción

Vacío 1

Aire (*) 1,0002926

Agua 1,333

Acetaldehído 1,35


1-butanol (a 20 °C) 1,399

Glicerina 1,473

Heptanol (a 25 °C) 1,423


Benceno (a 20 °C) 1,501

Metanol (a 20 °C) 1,329

Cuarzo 1,544

Vidrio (corriente) 1,52

Disulfuro de carbono 1,6295

Cloruro de sodio 1,544

Diamante 2,42

Problema 5

Calcular el ángulo de incidencia de un rayo luminoso que al pasar del aire a la parafina, cuyo

índice de refracción es 1,43, forma un ángulo de refracción de 20°.




Incidencia

refraccion20°

parafina

aire

1

2

Índice de refracción de aire n1 = 1

29,281

2043,11

1

221

1

221

2211

senoarcsen

n

senonarcsen

n

senonseno

senonsenon

Problema 6

Un rayo luminoso pasa del alcohol al aire. Si consideramos que el índice de refracción del

primer medio es 1,36. ¿Cuál es el ángulo límite?

Donde es el ángulo crítico y los rayos que vienen con un ángulo mayor que hacer una

reflexión total.

Incidencia

aire 2

alcohol

n1 =1,36

n2 =1

47,3336,1

1

90136,1

1

1

2211

arsen

senoseno

senonsenon

Problema 7

Si el ángulo límite de una sustancia es de 42°, ¿cuál es el índice de refracción?

1,4942

11

901

1

1

1

11

2211

senon

senon

senosenon

senonsenon

Problema 8

Teniendo en cuenta la velocidad de la luz, calcular el tiempo que tardaría un rayo de luz que se

emitiera desde la Tierra, para llegar a la Luna, sabiendo que la distancia es de 385000 km.

ondas sonido - radiacionesejemplos de distintas intensidades de sonido expresadas en db ... fuentes...

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