FísicaFácil2 pts

Ondas mecánicas: armónicas y estacionarias

Extremadura · 2022 · Junio
Enunciado
La ecuación de una onda viene dada por y(x,t)=6 sen[2π(4t−x15)]y(x,t) = 6\,\text{sen}\left[2\pi\left(4t - \dfrac{x}{15}\right)\right], estando las magnitudes medidas en el Sistema Internacional de unidades. Determinar:

a) la amplitud,

b) el periodo,

c) la longitud de onda y

d) la velocidad de propagación.

(Calificación de cada apartado, 0,5 puntos).
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Resultado
  A=6 mT=0,25 sλ=15 mv=60 m/s (hacia +x)  \boxed{\;A = 6\ \text{m}\qquad T = 0{,}25\ \text{s}\qquad \lambda = 15\ \text{m}\qquad v = 60\ \text{m/s}\ (\text{hacia } +x)\;}
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Estrategia

Se compara la ecuación dada con la forma general de la 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]Identificando término a término salen AA, TT y λ\lambda, y la velocidad es v=λ/Tv = \lambda/T.
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Desarrollo

a) El factor que multiplica al seno es la amplitud. Como todo está en el SI:A=6 mA = 6\ \text{m}b) El coeficiente de tt dentro del paréntesis es 1/T1/T, es decir, la frecuencia:1T=4 s−1⇒f=4 Hz,T=14=0,25 s\frac{1}{T} = 4\ \text{s}^{-1}\quad\Rightarrow\quad f = 4\ \text{Hz},\qquad T = \frac{1}{4} = 0{,}25\ \text{s}c) El coeficiente de xx dentro del paréntesis es 1/λ1/\lambda:1λ=115 m−1⇒λ=15 m\frac{1}{\lambda} = \frac{1}{15}\ \text{m}^{-1}\quad\Rightarrow\quad \lambda = 15\ \text{m}d) La onda avanza una longitud de onda en cada periodo:v=λT=λ f=15⋅4=60 m/sv = \frac{\lambda}{T} = \lambda\,f = 15\cdot 4 = 60\ \text{m/s}Como tt y xx aparecen con signos opuestos dentro de la fase, la onda se propaga en el sentido positivo del eje X.

También se puede escribir con la frecuencia angular y el número de onda: ω=2π⋅4=8π rad/s\omega = 2\pi\cdot 4 = 8\pi\ \text{rad/s} y k=2π/15 rad/mk = 2\pi/15\ \text{rad/m}, y v=ω/k=60 m/sv = \omega/k = 60\ \text{m/s}.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Antes de identificar, mira si el 2π2\pi está fuera del paréntesis: si lo está, los coeficientes de tt y xx son 1/T1/T y 1/λ1/\lambda; si no, son ω\omega y kk. Confundir las dos formas es el error más común en este tipo de pregunta.
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