FísicaFácil2 pts

Ondas mecánicas: armónicas y estacionarias

Extremadura · 2021 · Julio
Enunciado
La ecuación de una onda viene dada por y(x,t)=80 sen[2π(6t−x20)]y(x,t) = 80\,\text{sen}\left[2\pi\left(6t - \dfrac{x}{20}\right)\right], estando las magnitudes medidas en el Sistema Internacional de unidades. Determinar:

a) la amplitud,

b) la frecuencia,

c) la longitud de onda y

d) la velocidad de propagación.

(Calificación de cada apartado, 0,5 puntos).
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Resultado
  A=80 mf=6 Hzλ=20 mv=120 m/s  \boxed{\;A = 80\ \text{m}\qquad f = 6\ \text{Hz}\qquad \lambda = 20\ \text{m}\qquad v = 120\ \text{m/s}\;}
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Estrategia

Se compara la ecuación dada con la forma general de una onda armónica escrita con el periodo y la longitud de onda:y(x,t)=A sen[2π(tT−xλ)]y(x,t) = A\,\text{sen}\left[2\pi\left(\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda}\right)\right]Cada número de la ecuación se identifica con una magnitud, y la velocidad sale de v=λfv = \lambda f.
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Desarrollo

Identificando término a término:80 sen[2π(6t−x20)]⟷A sen[2π(tT−xλ)]80\,\text{sen}\left[2\pi\left(6t - \frac{x}{20}\right)\right] \quad\longleftrightarrow\quad A\,\text{sen}\left[2\pi\left(\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda}\right)\right]a) La amplitud es el número que multiplica al seno:A=80 mA = 80\ \text{m}(Es una amplitud enorme para una onda real, pero es el dato del enunciado en unidades del SI.)

b) El coeficiente de tt dentro del paréntesis es 1/T=f1/T = f:f=1T=6 Hz(T=0,167 s)f = \frac{1}{T} = 6\ \text{Hz} \qquad (T = 0{,}167\ \text{s})c) El coeficiente de xx es 1/λ1/\lambda:1λ=120 m−1⇒λ=20 m\frac{1}{\lambda} = \frac{1}{20}\ \text{m}^{-1} \quad\Rightarrow\quad \lambda = 20\ \text{m}d) La velocidad de propagación:v=λ f=20⋅6=120 m/sv = \lambda\,f = 20\cdot 6 = 120\ \text{m/s}El signo menos entre 6t6t y x/20x/20 indica que la onda avanza en el sentido positivo del eje xx. Equivalentemente, ω=2π⋅6=37,7 rad/s\omega = 2\pi\cdot 6 = 37{,}7\ \text{rad/s} y k=2π/20=0,314 rad/mk = 2\pi/20 = 0{,}314\ \text{rad/m}, y v=ω/k=120 m/sv = \omega/k = 120\ \text{m/s}.
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Consejo

Antes de identificar, mira cómo está escrita la ecuación: con 2π(t/T−x/λ)2\pi(t/T - x/\lambda) los números son directamente ff y 1/λ1/\lambda; con (ωt−kx)(\omega t - kx) son ω\omega y kk, y hay que dividir entre 2π2\pi. Confundir las dos formas es el error típico.
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