Fısica 2 - Practico 4

Ondas Sonoras

Curso 2013 - 1er. semestre

Tome como velocidad del sonido en el aire 343 m/s, y densidad del aire 1.21 kg/m3 a menos que se denotros valores. Estos valores son compatibles con una temperatura ambiente de 17 ◦C aproximadamente.

4.1. Ultrasonido

Para diagnosticar y examinar tumores en tejidos blandos se emplea una senal de ultrasonido de4.50 MHz de frecuencia.

a) ¿Cual es la longitud de onda en el aire de esa onda de sonido?

b) Si la velocidad del sonido en el tejido humano es de 1500 m/s, ¿cual es la longitud de onda deesta onda en el tejido?

4.2. Frecuencia de corte

Si la longitud de onda del sonido fuera mas grande en un factor de alrededor de diez con relacional recorrido libre medio de las moleculas, entonces las ondas de sonido podrıan propagarse a traves deun gas. En aire a temperatura ambiente, el recorrido libre medio es de alrededor de 0.1 µm. Calculela frecuencia por encima de la cual no podran propagarse ondas de sonido.

4.3. Marchando

Una columna de soldados que marcha a 120 pasos por minuto se mantiene al ritmo de la musicade una banda que encabeza la columna. Se observa que los hombres que van al final dan el paso conel pie izquierdo, cuando los de la banda lo dan con el pie derecho.¿Cual es la menor longitud posible de la columna?

4.4. Intensidad y potencia

a) Una fuente emite ondas esfericas isotropicamente (es decir, con igual intensidad en todas direc-ciones). La intensidad de la onda a 42.5 m de la fuente es de 197 µW/m2. Hallar la potencia desalida de la fuente.

b) Si la onda anterior tiene una frecuencia de 300 Hz, ¿cual es la amplitud de las vibraciones delaire causadas por este sonido?

c) Exprese la intensidad de este sonido en dB. Para el oıdo humano, ¿es un sonido intenso o debil?

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4.5. Ondas en aire vs. ondas en agua

a) Si dos ondas de sonido, una en el aire y otra en el agua, son iguales en intensidad, ¿cual es larazon entre la amplitud de presion de la onda en el agua y la de la onda en el aire?

b) Si, en lugar de esto, las amplitudes de presion son iguales, ¿cual es la razon entre las intensidadesde las ondas?

Observacion: suponga que el agua esta a 20 ◦C, y por lo tanto su densidad es de 1000 kg/m3.

4.6. Interferencia con parlantes

Dos parlantes de un sistema estereo estan separados una distancia de 2.12 m. Suponga que laamplitud del sonido que emite cada parlante es la misma en un punto situado enfrente de uno de losparlantes, a una distancia de 3.75 m.

a) ¿Para que frecuencias en la gama del espectro audible (20 Hz a 20 000 Hz) existira una senalmınima?

b) ¿Para que frecuencias es maximo el sonido?

4.7. Ondas longitudinales estacionarias

Un pozo con costados verticales y agua en el fondo resuena a 7.20 Hz y a ninguna otra frecuenciamas baja. El aire en el pozo tiene una densidad de 1.21 Kg/m3 y un modulo volumetrico de 1.41 ×105

Pa.¿Que tan profundo es el pozo?

4.8. Instrumentos musicales

a) Cierta cuerda de violın tiene 30 cm de longitud entre sus extremos fijos, y una masa de 2.0 g. Lacuerda emite un La (440 Hz) cuando se pulsa sin digitar. ¿Donde debera ponerse el dedo paraque suene una nota Do (528 Hz)?

b) Un tubo abierto de organo tiene una frecuencia fundamental de 291 Hz. El primer sobretono(n = 3) de un tubo cerrado de organo tiene la misma frecuencia que el segundo armonico deltubo abierto. ¿Que longitud tiene cada tubo?

4.9. Efecto Doppler

Una fuente S genera ondas circulares en la superficie de un lago. La velocidad de propagacion deestas ondas es de 5.5 m/s y la separacion entre crestas es de 2.3 m . Usted esta en un pequeno botemoviendose directamente (en forma radial) hacia la fuente S, a una velocidad constante de 3.3 m/srespecto a la orilla.

¿Que frecuencia observa usted para las ondas?

4.10. Pulsaciones debidas a efecto Doppler

Dos diapasones identicos oscilan a 442 Hz. Una persona esta situada en alguna parte de la lıneaque va de uno al otro. Calcule la frecuencia de la pulsacion medida por este individuo si:

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a) esta parado quieto y los diapasones se mueven ambos hacia la derecha con una velocidad de31.3 m/s

b) los diapasones estan estacionarios y el oyente se mueve hacia la derecha a 31.3 m/s.

4.11. Pregunta 3 - Examen Diciembre 2010

Un radar para el control de velocidad funciona a partir de la emision de una onda de sonido haciaun movl y mide luego el tiempo entre dos maximos consecutivos de la onda reflejada en el movil. Seapunta a un vehıculo que se aleja, con un radar que emite ondas a una frecuencia fr = 30 kHz y elaparato detecta estos maximos cada 3,8 × 10−5 s. Sabiendo que el lımite de velocidad permitido es110 km/h, determine si el vehıculo debe ser multado.

4.12. Problema 3 - Examen Febrero 2011

Los murcielagos utilizan el eco de ondas de ultrasonido para obtener informacion de su entorno enausencia de luz. Un murcielago insectıvoro emite chillidos de frecuencia fm = 40 kHz y percibe el ecode los mismos, al ser reflejados por una polilla.

a) El murcielago, en reposo respecto al aire, percibe que el sonido del eco es mas agudo que suchillido. Indique a que se debe esto y deduzca una expresion para la frecuencia del eco percibidoel murcielago, en funcion de las variables relevantes del problema.

b) Suponga ahora que la polilla se aleja del murcielago a 3 m/s, ¿que frecuencia tendra el eco delsonido reflejado por la polilla y escuchado por el murcielago? Suponga validas las condiciones dela parte anterior: murcielago en reposo respecto al aire y emitiendo sonidos de frecuencia fm.

c) Suponga que el sistema de emision de sonido del murcielago consta de un elemento resonan-te(similar a un tubo con ambos extremos abiertos) que emite chillidos de 40 kHz. Si esta es lafrecuencia del modo fundamental de vibracion,(i) ¿que longitud tiene el ogano resonante del murcielago?(ii) Un murcielago mas grande que el considerado hasta aquı ¿emitira chillidos mas graves o masagudos?

Preguntas:

P1: ¿Que evidencia experimental existe para suponer que la velocidad del sonido en el aire es la mismapara todas las longitudes de onda?

P2: ¿Cual es la diferencia entre una nota de violın y la misma nota emitida por la voz humana quenos permite distinguir entre una y otra?

P3: ¿Cual es el efecto de usar un megafono o ahuecar las manos delante de la boca para proyectar lavoz a distancia?

P4: Dos buques con sirenas de vapor del mismo tono las hacen sonar en el puerto. ¿Cabe esperarque ello produzca un patron de interferencia con regiones de intensidad alta y baja? Si no, ¿porque no?

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