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• Nelson Carréño Acosta

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PROBLEMAS DE ONDAS SONORA

FÍSICA II P.2

1) Dos cuerdas de piano están vibrando supuestamente a 220 Hz, pero un afinador oye tres pulsos cada 2.0 s cuando las cuerdas se tocan juntas. a) Si una está vibrando a 220.0 Hz, ¿cuál debe ser la frecuencia de la otra? b) ¿En qué porcentaje debe aumentarse o disminuirse la tensión para que queden afinadas? 2) Los sonidos más tenues que el oído humano puede detectar a una frecuencia de 1000 Hz corresponde a una intensidad cercana a 1.0 × 1012 W/m2 (el llamado umbral auditivo). Determine las amplitudes de presión y desplazamiento máximo asociado a este límite (la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s). 3) Una barra de aluminio = 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 con una bocina atornillada a él se conecta a un resorte que tiene una constante de resorte k = 20.0 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 ondas sonoras de 440 Hz de frecuencia. Determine las frecuencias más alta y más baja que escucha una persona a la derecha de la bocina. b) Si el nivel sonoro máximo que escucha la persona es de 60.0 dB cuando está más cerca de la bocina, a 1.00 m de distancia, ¿cuál es el nivel sonoro mínimo que escucha el observador? 5) Un pozo está parcialmente lleno con agua. La superficie del agua está a una distancia y el agua tiene una profundidad . Si alguien en la parte superior del pozo grita dentro de él, escuchará dos ecos. El primero se produce en la interface con el agua, sin embargo, algún sonido pasa la interface del agua y se refleja en el fondo del pozo, produciendo el segundo eco, que puede ser detectado por un instrumento electrónico. En un experimento se encuentra que el primer eco retorna 0.20 segundos después de que el sonido original fue producido y que el segundo eco retorna 0.035 segundos después del primer eco. Encuentre las dos distancias y . La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s y la velocidad del sonido en el agua de 1400 m/s. 6) La rapidez de una onda compresiva unidimensional que viaja a lo 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) ¿Cuál sonido llega primero? b) Encuentre la longitud de la barra como función de t. c) Evalúe la longitud de la barra si t = 127 ms. d) Imagine que el cobre se sustituye por un material mucho más rígido a través del cual el sonido 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 diapasones A, B y C tienen una frecuencia ligeramente diferente. Cuando se hacen sonar A y B juntos, producen una frecuencia de pulsación de 2 Hz. Cuando A y C se hacen sonar juntos se obtiene una 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/m2 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 detrás 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?

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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.