Problema resuelto de Física: Ondas mecánicas: armónicas y estacionariasSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Julio · Opción A
Comunitat Valenciana · 2018 · Julio · Opción A
Enunciado
La gráfica representa la propagación de una onda armónica de presión, en cierto instante temporal. La frecuencia de la onda es de 100Hz. Determina razonadamente la longitud de onda y la velocidad de propagación de la onda en el medio.Gráfica de la perturbación y, en centímetros, frente a la posición x, en metros, de 0 a 6 m. Es una sinusoide de amplitud 1 cm: vale 1 en x = 0, −1 en x = 1,5 m, 1 en x = 3 m, −1 en x = 4,5 m y 1 en x = 6 m, y corta el eje en 0,75; 2,25; 3,75 y 5,25 m.
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Resultado
λ=3m (distancia entre dos máximos consecutivos de la gráfica) y v=λf=300m/s.
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Estrategia
La gráfica es una «foto» de la onda en un instante: la perturbación frente a la posición. En una foto así, la distancia que hay entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración (dos máximos seguidos, por ejemplo) es la longitud de onda. Con ella y la frecuencia, que da el enunciado, la velocidad de propagación sale de la relación fundamental v=λf.
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Desarrollo
Longitud de onda. La longitud de onda λ es la distancia mínima entre dos puntos del medio que vibran en fase, es decir, que en todo instante tienen la misma perturbación y la misma velocidad. En la gráfica, dos máximos consecutivos están en x=0 y x=3m (y el siguiente, en x=6m); lo mismo pasa con los mínimos (1,5 y 4,5m) o con dos cortes con el eje en que la curva baja (0,75 y 3,75m):λ=3mEn los 6m dibujados caben exactamente dos longitudes de onda. Velocidad de propagación. En un periodo T la onda avanza una longitud de onda, así quev=Tλ=λfv=3m⋅100Hz=300m/sLa amplitud (1cm en la escala del eje vertical) no interviene: la velocidad de propagación depende del medio, no de lo fuerte que sea la perturbación.
«Razonadamente» quiere decir que expliques de dónde sale λ: di que es la distancia entre dos puntos consecutivos en el mismo estado de vibración y señala cuáles tomas en la gráfica (0,8 puntos de los 1,5). Ojo con leer como λ la distancia entre dos cortes seguidos con el eje: eso es solo media longitud de onda.
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