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Ondas mecánicas: armónicas y estacionarias

Castilla y León · 2021 · Junio
Enunciado
Una fuente sonora de potencia 3,61⋅10−4 W3{,}61\cdot 10^{-4}\ \text{W} emite uniformemente en todas las direcciones. ¿Cuál es el nivel de intensidad sonora en decibelios a 10 m10\ \text{m} de la fuente?
Dato: Intensidad física umbral I0=10−12 W m−2I_0 = 10^{-12}\ \text{W}\,\text{m}^{-2}.
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Resultado
  I=2,87⋅10−7 W m−2β=54,6 dB  \boxed{\;I = 2{,}87\cdot 10^{-7}\ \text{W}\,\text{m}^{-2}\qquad \beta = 54{,}6\ \text{dB}\;}
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Estrategia

Si la fuente emite por igual en todas las direcciones, a una distancia rr la potencia se reparte sobre una esfera de área 4πr24\pi r^2: así se obtiene la intensidad. El nivel de intensidad sonora compara esa intensidad con la umbral en escala logarítmica, β=10log⁡(I/I0)\beta = 10\log(I/I_0).
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Desarrollo

Intensidad a r=10 mr = 10\ \text{m} (la potencia atraviesa toda la superficie esférica):I=P4πr2=3,61⋅10−44π⋅102=2,87⋅10−7 W m−2I = \frac{P}{4\pi r^2} = \frac{3{,}61\cdot 10^{-4}}{4\pi\cdot 10^2} = 2{,}87\cdot 10^{-7}\ \text{W}\,\text{m}^{-2}Nivel de intensidad sonora:β=10log⁡II0=10log⁡2,873⋅10−710−12=10log⁡(2,873⋅105)=54,6 dB\beta = 10\log\frac{I}{I_0} = 10\log\frac{2{,}873\cdot 10^{-7}}{10^{-12}} = 10\log\left(2{,}873\cdot 10^{5}\right) = 54{,}6\ \text{dB}Es un nivel parecido al de una conversación normal.
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Consejo

El área es la de una esfera, 4πr24\pi r^2, no la de un círculo: es el error más habitual.

Usa el logaritmo decimal (tecla «log»), no el neperiano.
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