FísicaMedio1 pts

Ondas mecánicas: armónicas y estacionarias

Castilla y León · 2020 · Septiembre
Enunciado
Una onda transversal se propaga a lo largo de una cuerda en el sentido positivo del eje xx, a una velocidad de 40 m s−140\ \text{m}\,\text{s}^{-1}. La gráfica representa la elongación de la cuerda respecto al tiempo en el punto x=0x = 0. Determine la amplitud, la longitud de onda y la ecuación de la onda.
Gráfica de la elongación (en cm, eje vertical de −6 a 6) frente al tiempo (en s, eje horizontal de 0 a 4) en el punto x = 0: una sinusoide que parte de 0 en t = 0 subiendo, alcanza 4 cm en t = 0,5 s, vuelve a 0 en t = 1 s, baja a −4 cm en t = 1,5 s y vuelve a 0 en t = 2 s; se repite hasta t = 4 s.
Gráfica de la elongación (en cm, eje vertical de −6 a 6) frente al tiempo (en s, eje horizontal de 0 a 4) en el punto x = 0: una sinusoide que parte de 0 en t = 0 subiendo, alcanza 4 cm en t = 0,5 s, vuelve a 0 en t = 1 s, baja a −4 cm en t = 1,5 s y vuelve a 0 en t = 2 s; se repite hasta t = 4 s.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  A=0,04 mλ=80 m  \boxed{\;A = 0{,}04\ \text{m}\qquad \lambda = 80\ \text{m}\;}  y(x,t)=0,04 sen(πt−π40 x) m  \boxed{\;y(x,t) = 0{,}04\,\text{sen}\left(\pi t - \dfrac{\pi}{40}\,x\right)\ \text{m}\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

La gráfica es el registro de un solo punto (yy frente a tt): en ella se leen la amplitud y el periodo, no la longitud de onda. La longitud de onda sale de la velocidad de propagación, λ=vT\lambda = vT. La fase inicial se fija con lo que hace el punto x=0x = 0 en t=0t = 0: está en la posición de equilibrio y empieza a subir.
2

Desarrollo

Amplitud. La elongación máxima de la gráfica es 4 cm:A=4 cm=0,04 mA = 4\ \text{cm} = 0{,}04\ \text{m}Periodo. El punto vuelve al mismo estado (pasar por 0 subiendo) en t=0t = 0 y en t=2t = 2 s:T=2 sω=2πT=π rad/sT = 2\ \text{s}\qquad \omega = \frac{2\pi}{T} = \pi\ \text{rad/s}Longitud de onda.λ=v T=40⋅2=80 mk=2πλ=2π80=π40 rad/m=7,85⋅10−2 rad/m\lambda = v\,T = 40\cdot 2 = 80\ \text{m}\qquad k = \frac{2\pi}{\lambda} = \frac{2\pi}{80} = \frac{\pi}{40}\ \text{rad/m} = 7{,}85\cdot 10^{-2}\ \text{rad/m}Ecuación. Una onda que avanza hacia +x+x se escribey(x,t)=A sen(ωt−kx+φ0)y(x,t) = A\,\text{sen}(\omega t - kx + \varphi_0)En x=0x = 0: y(0,t)=A sen(ωt+φ0)y(0,t) = A\,\text{sen}(\omega t + \varphi_0). La gráfica da y(0,0)=0y(0,0) = 0 con el punto subiendo (velocidad positiva), es decir, sen φ0=0\text{sen}\,\varphi_0 = 0 y cos⁡φ0>0\cos\varphi_0 > 0, luego φ0=0\varphi_0 = 0:y(x,t)=0,04 sen(πt−π40 x)  (SI)y(x,t) = 0{,}04\,\text{sen}\left(\pi t - \frac{\pi}{40}\,x\right)\ \ (\text{SI})Comprobación: en x=0x = 0 queda y=0,04 sen(πt)y = 0{,}04\,\text{sen}(\pi t), que vale 0,04 m en t=0,5t = 0{,}5 s y −0,04-0{,}04 m en t=1,5t = 1{,}5 s, como la gráfica.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
3

Consejo

Mira el eje horizontal antes de nada: si es el tiempo, la distancia entre dos máximos es el periodo, no la longitud de onda. Confundirlos es el fallo más común con estas gráficas.

El signo menos entre ωt\omega t y kxkx es el que hace que la onda avance hacia +x+x.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicandoApuntes y todos los problemas de Vibraciones y ondas →