FísicaFácil2,5 pts

Ondas mecánicas: armónicas y estacionarias

Cataluña · 2020 · Julio
Enunciado
Freddie Mercury ha pasado a la historia como una de las mejores voces del rock. Su mágica voz ha sido objeto de discusión y estudio, también para la ciencia. El biofísico austríaco Christian Herbst estudió la voz del cantante de Queen y determinó que Mercury era un barítono con un registro vocal que iba del fa 2 (alrededor de 92,2 Hz92{,}2\ \text{Hz}) al sol 5 (alrededor de 784 Hz784\ \text{Hz}).
Freddie Mercury de espaldas en el escenario, con los brazos abiertos ante una multitud
Freddie Mercury de espaldas en el escenario, con los brazos abiertos ante una multitud
Fuente: https://queenphotos.wordpress.com.

a) (1,25 puntos) Calcule las longitudes de onda de los sonidos más graves y más agudos que Mercury podía emitir.

b) (1,25 puntos) En 1985, Queen actuó en el festival Rock in Rio, en un concierto que reunió a unas 350 000350\,000 personas. En un momento de mucha emoción, los asistentes empezaron a cantar a cappella la famosa canción Love of my life. Si cada asistente al concierto cantaba con una potencia de 10−7 W10^{-7}\ \text{W}, ¿qué nivel de intensidad sonora (en decibelios) se podía percibir a 1 km1\ \text{km} del concierto? (A esta distancia, puede considerar que el concierto es una fuente puntual de sonido.)

Datos: I0=10−12 W m−2I_0 = 10^{-12}\ \text{W m}^{-2}. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m s−1340\ \text{m s}^{-1}.
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Resultado
  λmıˊn=0,43 m    λmaˊx=3,69 m    β=34,45 dB  \boxed{\;\lambda_{\text{mín}} = 0{,}43\ \text{m}\;}\qquad \boxed{\;\lambda_{\text{máx}} = 3{,}69\ \text{m}\;}\qquad \boxed{\;\beta = 34{,}45\ \text{dB}\;}
Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a)

0,65 p. λmıˊn=vf=340784=0,43 m\lambda_{\text{mín}} = \dfrac{v}{f} = \dfrac{340}{784} = 0{,}43\ \text{m}

0,6 p. λmaˊx=vf=34092,2=3,69 m\lambda_{\text{máx}} = \dfrac{v}{f} = \dfrac{340}{92{,}2} = 3{,}69\ \text{m}

b)

0,25 p. A=4πr2=4π 10002=1,26×107 m2A = 4\pi r^2 = 4\pi\,1000^2 = 1{,}26\times 10^{7}\ \text{m}^2

0,5 p. I=N⋅IpersonaA=350 000⋅10−71,26×107=2,78×10−9 W/m2I = \dfrac{N\cdot I_{persona}}{A} = \dfrac{350\,000\cdot 10^{-7}}{1{,}26\times 10^{7}} = 2{,}78\times 10^{-9}\ \text{W/m}^2

0,5 p. β=10log⁡II0=10log⁡2,78×10−910−12=34,45 dB\beta = 10\log\dfrac{I}{I_0} = 10\log\dfrac{2{,}78\times 10^{-9}}{10^{-12}} = 34{,}45\ \text{dB}

Corrección oficial en PDF (original en catalán)

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