FísicaFácilCuestión · 1,5 pts

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 100 Hz100\,\text{Hz}. 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.
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=3 m\lambda = 3\,\text{m} (distancia entre dos máximos consecutivos de la gráfica) y v=λf=300 m/sv = \lambda f = 300\,\text{m/s}.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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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=λ fv = \lambda\,f.
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Desarrollo

Longitud de onda. La longitud de onda λ\lambda 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=0x = 0 y x=3 mx = 3\,\text{m} (y el siguiente, en x=6 mx = 6\,\text{m}); lo mismo pasa con los mínimos (1,51{,}5 y 4,5 m4{,}5\,\text{m}) o con dos cortes con el eje en que la curva baja (0,750{,}75 y 3,75 m3{,}75\,\text{m}):λ=3 m\lambda = 3\,\text{m}En los 6 m6\,\text{m} dibujados caben exactamente dos longitudes de onda.

Velocidad de propagación. En un periodo TT la onda avanza una longitud de onda, así quev=λT=λ fv = \frac{\lambda}{T} = \lambda\,fv=3 m⋅100 Hz=300 m/sv = 3\,\text{m}\cdot100\,\text{Hz} = 300\,\text{m/s}La amplitud (1 cm1\,\text{cm} en la escala del eje vertical) no interviene: la velocidad de propagación depende del medio, no de lo fuerte que sea la perturbación.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

«Razonadamente» quiere decir que expliques de dónde sale λ\lambda: 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\lambda la distancia entre dos cortes seguidos con el eje: eso es solo media longitud de onda.
Paso 1 de 3
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