Una onda transversal se propaga a lo largo de una cuerda en el sentido positivo del eje x, a una velocidad de 40ms−1. La gráfica representa la elongación de la cuerda respecto al tiempo en el punto x=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.
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Resultado
A=0,04mλ=80my(x,t)=0,04sen(πt−40πx)m
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Estrategia
La gráfica es el registro de un solo punto (y frente a t): 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. La fase inicial se fija con lo que hace el punto x=0 en t=0: está en la posición de equilibrio y empieza a subir.
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Desarrollo
Amplitud. La elongación máxima de la gráfica es 4 cm:A=4cm=0,04mPeriodo. El punto vuelve al mismo estado (pasar por 0 subiendo) en t=0 y en t=2 s:T=2sω=T2π=πrad/sLongitud de onda.λ=vT=40⋅2=80mk=λ2π=802π=40πrad/m=7,85⋅10−2rad/mEcuación. Una onda que avanza hacia +x se escribey(x,t)=Asen(ωt−kx+φ0)En x=0:y(0,t)=Asen(ωt+φ0). La gráfica da y(0,0)=0 con el punto subiendo (velocidad positiva), es decir, senφ0=0 y cosφ0>0, luego φ0=0:y(x,t)=0,04sen(πt−40πx)(SI)Comprobación: en x=0 queda y=0,04sen(πt), que vale 0,04 m en t=0,5 s y −0,04 m en t=1,5 s, como la gráfica.
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 y kx es el que hace que la onda avance hacia +x.
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