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SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL Taller I

STALCES001CB32-A16V1

Solucionario guía Taller I Ítem

Alternativa

Habilidad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

C E D D E E B E A E D D D D D B A B D B C A D C D D C B A E

Reconocimiento Comprensión Reconocimiento Comprensión Reconocimiento Comprensión Aplicación Aplicación ASE Comprensión Comprensión Aplicación Reconocimiento Aplicación Reconocimiento Reconocimiento Comprensión Reconocimiento Comprensión Comprensión Aplicación ASE Comprensión Comprensión Comprensión Comprensión Comprensión Reconocimiento Reconocimiento Comprensión

Ítem

Alternativa

1

C

Defensa Cuando una onda pasa desde un medio a otro distinto, cambia su velocidad de propagación y, por consiguiente, su longitud de onda, pero su frecuencia y periodo siempre permanecen constantes. Es importante señalar que, al transmitirse a un medio diferente, la onda experimentará refracción (es decir, cambiará su dirección de propagación al pasar al nuevo medio) solo si el ángulo de incidencia es distinto de 0º.

Si el ángulo de incidencia es 0º, es decir, si la onda pasa al nuevo medio viajando por la línea normal, cambiará su velocidad de propagación, pero seguirá viajando por la línea de dirección que traía originalmente. Observa la siguiente imagen.

2

E

Las superficies de color oscuro absorben una gran parte de la luz que incide sobre ellas, reflejando solo una pequeña cantidad. Al absorber la piel del oso una mayor cantidad de luz su temperatura corporal aumenta, permitiéndole vivir confortablemente a decenas de grados bajo cero. Recuerda que, mientras más luz es capaz de absorber una superficie, menor cantidad es capaz de reflejar. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero

3

D

4

D

Cuando una persona emite un sonido y este se refleja en una superficie, volviendo al oído del emisor quien lo escucha con claridad, se produce el fenómeno del eco. Es, por lo tanto, un fenómeno debido a la reflexión del sonido. El sonido es una onda mecánica, por lo que necesita de un medio material para propagarse; por lo tanto, no puede viajar por el vacío. En general, el sonido se propaga más rápidamente en medios más densos, por lo que viajará más rápido en el agua que en el aire.

Cuando una onda se refracta al pasar de un medio a otro distinto, junto con cambiar su dirección de propagación cambia su velocidad; si esta aumenta, la onda se aleja de la normal, y si disminuye, se acerca a la normal. Al pasar del aire al agua, el sonido aumenta su velocidad y, por lo tanto, se aleja de la normal. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso 5

E

Cuando existe movimiento entre el emisor y el receptor de un sonido, el receptor percibe el sonido con un tono distinto respecto del sonido original; si se acercan, el tono del sonido percibido es mayor que el real (se percibe un sonido más agudo), y si se alejan, el tono percibido es menor que el real (se percibe un sonido más grave). Este fenómeno se denomina “efecto Doppler”. Es importante que recuerdes que la frecuencia de una onda permanece constante y que, por lo tanto, el tono del sonido (asociado a la frecuencia) en el efecto Doppler en realidad no varía y se trata solo de un “cambio aparente” que percibe el receptor del sonido.

6

E

Los gráficos representan dos ondas de sonido y, por lo tanto, representan dos ondas mecánicas y longitudinales. Por otra parte, dos ondas sonoras, aunque posean características diferentes (como por ejemplo distinta frecuencia), viajan con la misma rapidez por un mismo medio, recorriendo igual distancia en el mismo tiempo. Por ejemplo, en el aire los sonidos viajan a

m 340  s

aproximadamente,

independientemente

de

su

frecuencia. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero 7

B

Por definición, el número de vibraciones por segundo corresponde a la frecuencia de la onda. Luego, tenemos que la frecuencia de la onda generada por el objeto es

f  10 vibraciones por segundo  10[Hz ]

Además, sabemos que

T

1 1 T   0,10[ s] f 10[ Hz]

8

E

9

A

Los espejos planos forman un reflejo idéntico al objeto que está frente a ellos, aunque invierten sus lados. La imagen que se forma en estos espejos siempre es virtual, derecha y de igual tamaño que el objeto. Además, las distancias objeto-espejo e imagenespejo siempre son iguales. En toda onda la frecuencia permanece constante, aun si la onda se transmite a otro medio de propagación. Por otra parte, sabemos que v    f . Por lo tanto, y suponiendo la frecuencia de la onda como f, nos queda:

 VA 2  f 1 λA  2  m  VA  2  f     λB  8  m  VB  8  f   VB 8  f 4 Así, la relación

10

E

VA correcta es 1:4 VB

Si una superficie refleja todos los colores, al iluminarla con luz blanca la veremos blanca. Si los absorbe todos, la veremos negra, no importando el color de la luz con la cual la iluminemos. Si la superficie tiene la capacidad de reflejar solo un color, absorbiendo el resto, al ser iluminada con una luz que contenga ese color la superficie lo reflejará, y se verá de ese color en particular. En cambio, si la superficie es iluminada con una luz que no contenga dicho color, absorberá toda la luz sin reflejar nada, y se verá negra. En este caso, si la pared fue “pintada roja”, significa que puede absorber todos los colores menos el rojo. Entonces, si la iluminamos con una luz de color verde, la absorberá y veremos la pared de color negro.

11

D

La frecuencia y amplitud de una onda sonora se relacionan con el tono y el volumen del sonido que escuchamos, respectivamente. La característica que nos permite diferenciar dos sonidos de igual tono y volumen, emitidos por cuerpos distintos, es el timbre.

12

D

Primero, recordemos que en el efecto Doppler la frecuencia f ' percibida por el observador está dada por

 v v  f '  f0   S R   vS  vmóvil  Si la fuente emisora y el observador se acercan, el tono del sonido percibido es mayor que el tono real del sonido emitido por la fuente. En este caso, el tono del sonido percibido por el

observador corresponde a un sonido de frecuencia 90 [Hz] mayor que la frecuencia del sonido real y, por lo tanto, la frecuencia del sonido percibido por el observador es

f '  270  90  360[ Hz]

Además, tenemos que: - Frecuencia real del sonido (auto en reposo): f 0  270[ Hz ] -

m  s 

Rapidez del sonido en el aire: vs  340 

m

Rapidez del receptor (en este caso en reposo): vR  0   s Reemplazando, obtenemos: -

 v v  f '  f0   S R   vS  vmóvil   340  0 360  270    340  vmóvil

 m   vmóvil  85   s 

Así, la alternativa correcta es la D.

 km 

Finalmente, si hacemos la conversión a  (multiplicando por  h  3,6) obtenemos que el auto se mueve a

 km  85  3, 6  306   .  h  13

D

14

D

Los materiales tienen la capacidad de absorber, en mayor o menor medida, el sonido que incide sobre ellos. Mientras menos denso y más blando sea el material, mayor será su capacidad para absorber el sonido y menor su capacidad para reflejarlo. Por este motivo, el orden correcto de los materiales, de mayor a menor capacidad de absorción del sonido, es: alfombra, madera, ladrillos. La frecuencia de vibración de una cuerda de longitud L, masa m, sometida a una tensión T, y en la que se establece una onda estacionaria en un modo de vibración n (nº de armónico), está dada por:

fn 

n T L 2 L m

En este caso la cuerda vibra en su tercer armónico (n = 3). Al reemplazar los datos, obtenemos:

n3 L  1[m]

  3 4 1 3 3   400   20  30[ Hz]   f3  T  4[ N ] 2  1 0,01 2 2  m  10[ g ]  0,01[kg] Por lo tanto, la frecuencia con la que vibra la cuerda es de 30 [Hz]. 15

D

16

B

17

A

Si una onda encuentra un objeto en su línea de propagación, es capaz de rodearlo y seguir viajando debido a que experimenta el fenómeno de “difracción”. En el ejercicio, el sonido emitido por el primer niño es capaz de rodear el muro y llegar hasta el segundo niño, quien logra escucharlo perfectamente gracias a la difracción experimentada por la onda. Al ubicar un objeto justo en el centro de curvatura de una lente convergente, su imagen es real, invertida y de igual tamaño que el objeto. Cuando una onda pasa desde un medio a otro distinto, cambia su velocidad de propagación y su longitud de onda, pero su frecuencia permanece constante. Como la frecuencia es el recíproco del periodo ( f 

1 ), si f se mantiene constante, el T

periodo T no cambia. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Falso 18

B

Como ya sabemos

f 

1 T

Luego:

f 

19

D

1 7 [ s] 5



5 1  5   Hz  7  s  7

La regularidad con la que el joven mueve su mano para generar ondas en la cuerda define la frecuencia que el tren de ondas posee. Al disminuir la regularidad a la mitad, la frecuencia disminuye también a la mitad. Por otra parte, al viajar por un medio (en este caso la cuerda) las ondas lo hacen con rapidez constante, dada por la expresión

v  f Si su frecuencia disminuye a la mitad (

f ), y considerando que la 2

rapidez de propagación de las ondas debe mantenerse constante (pues depende del medio de propagación y este no ha cambiado), la longitud de onda debe aumentar al doble, ya que

2 

f  f v 2

Así, la respuesta correcta es la D. 20

B

Este ítem evalúa el procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos, lo cual corresponde a una de las habilidades del pensamiento científico. Requiere que el alumno, mediante la información entregada, establezca el efecto que produce el uso de una lente convergente. Una lente convergente “junta” los rayos de luz que entran al ojo hipermétrope, permitiendo que converjan justo en la retina. Así, la imagen que percibe la persona es nítida y bien definida. Por lo cual, al considerar el mismo principio, al utilizar una lente convergente en un ojo miope provocará que los rayos de luz converjan delante de la retina y aún más lejos de esta, lo que a su vez acrecentará el defecto de visión, aumentando el grado de miopía de la persona. Por lo tanto, la alternativa correcta es la B).

21

C

T

tiempo 4[ s]   2[ s] nº ondas 2



longitud tren 60[cm]   30[cm] nº ondas 2

v

 T



30[cm]  cm   15   2[ s]  s 

Por lo tanto, el periodo y la rapidez de propagación de la onda son

 cm  2  s  y 15   , respectivamente.  s  22

A

El ejercicio nos pide encontrar la relación entre las longitudes de onda en el aire y en el agua, 1 y 2 , respectivamente. Para hacerlo, primero recordemos que la frecuencia de una onda permanece constante cuando esta pasa de un medio a otro

distinto. Luego, según los datos, en el aire tenemos que

V1  1  f1  f1 

V1

1

Y en el agua

V2  2  f 2  f 2 

V2

2

Como las frecuencias son iguales en ambos medios, entonces podemos decir que

f1  f 2 

V1

1



V2

2

 2 

V2 1 V1

Esta es la relación entre las longitudes de onda que buscábamos, y expresa que la longitud de onda en el medio 2 (el agua) es

V2 V1

veces la longitud de onda en el medio 1 (el aire). Así, la alternativa correcta es la A. 23

D

24

C

Al viajar por el aire atravesando capas a distinta temperatura, el sonido se curva hacia aquellas que se encuentran más frías; en este caso, se curva hacia abajo, tal como lo muestra la figura.

A medida que el barco se aleja, Alberto escucha el sonido de su sirena con un volumen cada vez menor. Esta característica del sonido (el volumen) está relacionada con la amplitud de la onda sonora y, por lo tanto, con la energía que la onda transporta. El fenómeno que Alberto percibe se denomina “atenuación del sonido”. En este fenómeno, al viajar a través de un medio la onda sonora pierde energía, disminuyendo su amplitud conforme avanza. Así, a medida que aumenta la distancia a la que nos encontramos de la fuente sonora, percibimos el sonido cada vez con menor intensidad.

25

D

Al ir viajando por el aire y encontrarse con el vidrio, una parte de la luz se refleja, pero la mayor parte se transmite y puede seguir propagándose por el material.

En general, la luz viaja más lento en aquellos medios más densos, por lo que al pasar del aire al vidrio disminuirá su velocidad de propagación. En las ondas, al cambiar la velocidad cambia proporcionalmente la longitud de onda; así, al pasar al vidrio y disminuir su rapidez, la luz disminuye también su longitud de onda. Su frecuencia permanece siempre constante. Al refractarse, el haz de luz se aleja de la normal si su rapidez aumenta, o se acerca a la normal si disminuye; en este caso, al pasar desde el vidrio al aire, el haz de luz aumenta su velocidad, alejándose de la normal. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Verdadero 26

D

El índice de refracción es una medida de la resistencia del medio a ser recorrido por la luz. Un mayor índice de refracción indica que el medio presenta mayor oposición al paso de la luz y, por lo tanto, esta lo recorre con menor rapidez. Así, como n3  n2  n1 , la rapidez de propagación de la luz en el medio 3 es menor que en el medio 1, por lo que la alternativa correcta es la D. Recuerda que la frecuencia y el periodo de la onda permanecen constantes, que la longitud de onda cambia proporcionalmente con la rapidez de propagación, y que al refractarse, si la onda disminuye su velocidad de propagación, se acerca a la normal.

27

C

Para que se perciba el efecto Doppler es necesario que exista movimiento relativo entre el emisor y el receptor; es decir, es necesario que estos se acerquen o se alejen entre sí. En los casos I) y III) el emisor y el receptor se acercan; no importa si es el emisor quien se acerca al receptor o viceversa, lo importante es que exista movimiento entre ambos. En estos casos, la persona en reposo y el conductor del automóvil, respectivamente, perciben el efecto Doppler. En el caso II), aun cuando ambos (emisor y receptor) están en movimiento, los dos vehículos se desplazan en línea recta y con la misma rapidez, por lo que no se acercan ni se alejan entre sí (no hay movimiento relativo entre ellos). Por este motivo, ninguno de ellos percibe el efecto Doppler. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Verdadero

28

B

El sonido experimenta difracción e interferencia, como cualquier otra onda. Sin embargo, no puede propagarse en el vacío, por ser una onda mecánica. Así, la proposición que NO puede ser asociada al sonido es la II. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Falso

29

A

La refracción de la luz produce que los objetos sumergidos se vean en una posición “aparente” distinta de la real; así, desde el barco, el cofre en el fondo de la bahía se ve aproximadamente 1/3 menos profundo de lo que realmente está. Este fenómeno también produce que los objetos sumergidos se vean de “menor altura” que aquella que realmente tienen, por lo que el cofre es de mayor tamaño del que se puede ver desde la cubierta del barco. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Falso

30

E

Las ondas estacionarias se pueden generar en cuerdas, membranas o en columnas de aire, y están presentes al pulsar la cuerda de una guitarra, golpear un tambor o al soplar una flauta. En una cuerda fija en sus extremos, los modos de vibración que puede tomar la cuerda (serie armónica) son

En donde la frecuencia de cada armónico es un mútiplo entero de la frecuencia fundamental f1 . Por ejemplo: -

para el segundo armónico, f 2  2 f1

- para el tercer armónico, f3  3 f1 y así sucesivamente.

También es importante fijarse que, en el primer armónico, la longitud de la cuerda corresponde a media longitud de onda, mientras que en el segundo armónico, la longitud de la cuerda corresponde a una longitud de onda completa. En el tercer armónico, la longitud de la cuerda corresponde a una vez y media la longitud de onda, y así sucesivamente. Para el caso particular de las ondas estacionarias producidas en el interior de una flauta (ondas estacionarias producidas en el interior de un tubo abierto en ambos lados), existe una notoria diferencia con los modos de vibración generados en la cuerda; en el tubo, lo que vibran son las partículas del aire, generándose antinodos en los extremos (al contrario de la cuerda, en donde los extremos son nodos). Fíjate en la siguiente figura.

Sin embargo, y a pesar de esta diferencia, la relación entre la frecuencia fundamental y las frecuencias de los armónicos es la misma que en la cuerda, así como también la relación entre la longitud del tubo y la longitud de onda de la onda estacionaria. Así, para el ejercicio: I) En el primer armónico, la longitud del tubo corresponde a media longitud de onda (una semilongitud de onda). II) La frecuencia del segundo armónico corresponde al doble de la frecuencia fundamental, es decir, 2  200[ Hz]  400[ Hz] . III) En el segundo armónico la longitud del tubo coincide con la longitud de onda de la onda estacionaria. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero