GESTIÓN ACADÉMICA GUÍA DIDÁCTICA N 02

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1 PÁGINA: 1 de 9 Nombres y Apellidos del Estudiante: Docente: Área: CIENCIAS NATURALES ESTÁNDAR: Grado: ONCE Periodo: segundo Duración: 12 HORAS Asignatura: FISICA Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos industriales y en el desarrollo tecnológico.analizo críticamente las implicaciones de sus usos. INDICADORES DE DESEMPEÑO: Identifico las principales características del sonido y establezco las ecuaciones que determinan su trayectoria en cuerdas y tubos sonoros. Aplico ecuaciones de efecto doppler en ejemplos cotidianos. EJE(S) TEMÁTICO(S): ACUSTICA El sonido Los sistemas resonantes. MOMENTO DE REFLEXIÓN / CRECIMIENTO PERSONAL/ SEGÚN EL TEMA Quien es constante tiene la certeza del triunfo, no le teme a caer, pues cada tropiezo engrandece su esfuerzo y lo acerca más a su meta. ORIENTACIONES Lee con atención, consulta palabras desconocidas y registra tu cuaderno los procesos necesarios para encontrar las respuestas a los problemas planteados. Esfuérzate por ser cada día mejor estudiante y mejor persona. EXPLORACIÓN MUSICA PARA MIS OIDOS QUE CLASE CONOCES LAS SABES LA DIFERENCIA DE MUSICA TE GUSTA? NOTAS MUSICALES? ENTRE RUIDO Y SONIDO? CONOCES EL EFECTO SABES CUAL ES EL RANGO HUMANO? DOPPLER? AUDIBLE PARA EL SER DO RE MI FA SOL LA SI. JAJAJAJAJAJJAJJAJ.????? CONCEPTUALIZACIÓN LA ACUSTICA Cuando golpeas un cuerpo, o pulsas un instrumento musical o cuando escuchas una conversación del otro lado de una pared.. en tu oído se produce un efecto psicofisiológico denominado SONIDO La acústica es la rama de la física que estudia el sonido. El sonido es una onda de tipo mecánico y naturaleza longitudinal. La

2 PÁGINA: 2 de 9 velocidad de propagación del sonido en el aire a una temperatura aproximada de 15 se considera en 340 m/s. Como el sonido es una onda mecánica necesita de un medio de propagación. De acuerdo con el medio, el sonido tiene una velocidad diferente de propagación. La mayor velocidad se presenta en los sólidos, luego en los líquidos y por último en los gases. Se puede calcular la velocidad del sonido en el aire a cualquier temperatura, ya que por cada grado centígrado se aumenta la velocidad 0,6 m/s, entonces tenemos: V = 331 0,6.T donde 331 m/s es la velocidad del sonido a 0 C y T es la temperatura en C. La velocidad del sonido depende de las características del medio donde se propaga. Estos factores son la compresibilidad y la densidad, en los gases se consideran la masa molecular del gas y la temperatura. CUALIDADES DEL SONIDO A dosl comparar dos sonidos podemos establecer entre ellos algunas diferencias; es facil identificar la voz de una persona cuando la escuchamos, o distinguir entre una nota alta y otra baja o entre un sonido fuerte y otro débil. Estas son las características del sonido conocidas como TONO, INTENSIDAD, y TIMBRE. TONO. Grave agudo El tono nos permite decir cuando un sonido es alto o agudo y cuando es bajo o grave. El tono depende de la frecuencia. A un tono alto corresponde una frecuencia alta y a uno bajo una frecuencia menor. TIMBRE Cualidad que nos permite distinguir de donde proviene el sonido. El timbre depende de la fuente emisora y de la forma de la onda INTENSIDAD. Cualidad que nos permite oir a mayor o menor distancia. La intesidad depende de la distancia del observador, la amplitud de la vibración y la masa vibrante. Permite diferenciar un sonido fuerte de uno débil ( grito-susurro). I = P/A Wats/cm 2 I = intensidad, P= potencia, A= área. RANGO AUDIBLE. El oído humano capta sonidos cuyas frecuencias se encuentran entre 20 hz y hz dependiendo de la capacidad auditiva. Las ondas infrasónicas por debajo de 20 hz, como ondas de tembloresos, son percibidas por algunos animales. Las ondas ultrasónicas pueden ser creadas por medio de vibración de cristales de cuarzo. El ultrasonido se utiliza en degasificación de líquidos, esterilización de sustancias, microscópios sónicos, ecografías. Los murciélagos emiten y perciben éste tipo de ondas. NIVEL DE INTENSIDAD. El sonido audible por el hombre está comprendido entre w/cm 2 y 10-4 w/cm 2 El nivel de intensidad está dado por. B = log I log Io, donde Io= intensidad mínima audible w/cm 2 EFECTO DOPPLER Es la variación de frecuencias respecto a la posición relativa de la fuente y el observador.

3 PÁGINA: 3 de 9 ECUACION GENERAL. V = velocidad del sonido..340 m/s Vo = velocidad del observador V F = velocidad de la fuente fo = frecuencia percibida por el observador f = frecuencia emitida por la fuente. CASOS. El observador se acerca a la fuente y la fuente se encuentra en reposo. ( V+ Vo)/V El observador alejándose de la fuente y ésta en reposo. ( V- Vo)/V La fuente acercándose al observador y éste en reposo. V/ (V-V f ) La fuente alejándose del observador y este en reposo. V/ (V +V f ) El observador y la fuente acercándose entre si. (V + Vo) / (V -V f ) El observador y la fuente alejándose entre si. (V Vo) / (V +V f ) El observador moviéndose hacia la fuente y éste en el mismo sentido. (V + Vo) / (V +V f La fuente moviéndose hacia el observador y éste en el mismo sentido. (V Vo) / (V -V f ) INSTRUMENTOS SONOROS :CUERDAS: (ondas estacionarias) Una cuerda es un sólido flexible de forma muy prolongada, fijo en sus dos extremos y fuertemente tensos entre dichos puntos. ARMONICOS EN CUERDAS. Llámese armónicos una serie de sonidos cuyas frecuencias son proporcionales a la serie de números enteros 1,2,3,4,5,.n, donde el más grave toma el nombre de SONIDO FUNDAMENTAL, los otros se llaman armónicos del primero. Analicemos los armónicos en una cuerda. Y así sucesivamente podemos obtener cualquier armónico de una cuerda. En general λ = 2l/n, donde λ representa la longitud de onda generada en la cuerda, l= longitud de la cuerda, y, n el número de armónico generado. Sabiendo que V = λ/t o V = λf con f= frecuencia tenemos f = V/λ reemplazando la l ( longitud de la cuerda) que es la frecuencia en cuerdas. Los armónicos en cuerdas se pueden medir por husos. fundamental. VELOCIDAD DE ONDA EN UNA CUERDA: n = número de husos..n= 1 corresponde a la frecuencia del sonido

4 PÁGINA: 4 de 9 En las cuerdas se presentan ondas transversales y su velocidad depende de la tensión y de la densidad de la cuerda. donde T = tensión de la cuerda. m= masa, L= longitud de la cuerda. Tomando en cuenta en una cuerda factores como. La longitud, la densidad, la tensión a que se somete la cuerda y el área de la misma, se establece la siguiente ecuación (ecuación de Taylor) L = longitud de la cuerda, r= radio de la sección transversal, = n/2l donde. Para recordar: La frecuencia es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la tensión La frecuencia es directamente proporcional a su armónico n La frecuencia es inversamente proporcional a la sección transversal La frecuencia es inversamente proporcional a la longitud La frecuencia es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad. EJEMPLO: Una cuerda de piano tiene una longitud de 90 cm. Cuál será el valor de su longitud de onda de su tercer armónico, si la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s. Cuál el valor de su frecuencia en su segundo armónico? SOLUCIÓN: L= 0,90 m = 90 cm. =? Para n=3..l= 3λ 3 /2 2L/3.. 2x90/3 = 60 cm. para calcular la frecuencia f 2 = 2f 1 Entonces f 2 = 2. V/2L.. f 2 = (2x34000cm/s)/2x90cm f 2 = 377,77vibraciones /s EJEMPLO: Una cuerda de un arpa sinfónica de dos metros de longitud se somete a una tensión de 500 newton. Si su masa es de 60 gramos calcular: a) La densidad lineal de la cuerda. b) La velocidad de la onda en dicha cuerda. SOLUCIÓN: L= 2 m = 0,03kg/m T = 500 N Masa = 60 g = 0,060 kg = 129,1 m/s V =? TUBOS ABIERTOS. Los tubos son cavidades cilíndricas, prísmicas en las que se produce el sonido provocando la vibración de la columna de aire que encierra.son de dos clase ABIERTOS Y CERRADOS ABIERTOS.Son aquellos que tienen dos orificios, uno de entrada de aire y otro de salida de aire. n: 1, 2, 3, 4. L =λ/2 primer armónico

5 PÁGINA: 5 de 9 L = 2 λ/2 segundo armónico L = 3 λ/2 tercer armónico. La ecuación presentará una estructura semejante a las cuerdas. Para calcular la frecuencia se tiene en cuenta la siguiente fórmula: F = n V/2L donde L = longitud del tubo, V= velocidad del sonido, n = número de armónico. TUBOS CERRADOS: Son aquellos que tienen un solo orificio de entrada y salida de aire. SERIE ARMONICA PARA TUBOS CERRADOS L= λ/4. Primer armónico L = 3λ/4 segundo armónico L = 5λ/4 tercer armónico..en general.. L= n λ/4 para n= 1, 3, 5, 7. Para calcular la frecuencia. que puede escribirse por la serie: con n= 1,3,5,7. y n representa el número de nodos formados. ACTIVIDADES DE APROPIACIÓN TALLER DE APLICACIÓN: 1.La densidad de masa lineal de una cuerda es de 0,25 kg/m. Cuánta tensión deberá aplicarse para producir una velocidad de onda de 20 m/s?rta 100 N 2. Una cuerda de tiple hecha de acero tiene una longitud de 80 cm. Cuál será el valor de su longitud de onda en su quinto armónico? Qué frecuencia tendrá el armónico número 80 en dicha cuerda? Respuesta 32 cm, 2495 hz. 3. Si la velocidad del sonido en el hierro es de 5000 m/seg. Cuál es el valor de frecuencia en su sexto armónico de una varilla de 60 cm de longitud? Respuesta: 25x10 3 hz. 4. Una cuerda de un metro de largo produce un sonido fundamental con una frecuencia de 200 Hz. Si la cuerda es oprimida a 25 cm de un extremo, Cuánto vale la frecuencia del tramo corto y del tramo largo de la cuerda? Respuesta: 800 hz, 266,66 hz. 5. Una cuerda de piano, tiene una longitud de 50 cm y 5 gramos de masa. Cuál será el valor de su vibración en su séptimo armónico, cuando está sometida a una tensión de 4x10 7 dinas? Respuesta: 1400hz. 6. Una cuerda de acero tiene una longitud de 1 metro, está tensa entre sus soportes rígidos, vibra en su forma fundamental con una frecuencia de 200 Hz. Cuál es la velocidad de las ondas transversales en esa cuerda? Respuesta 400 m/seg 7. Una cuerda de violín fuertemente tensa vibra con una frecuencia de 30hz en su forma fundamental, si su masa es de 30 gramos. Cuál es la velocidad de propagación de una onda transversal y cuál es además la tensión de la cuerda, sabiendo que

6 PÁGINA: 6 de 9 tiene una longitud de 60 cm? Respuesta: 36 m/seg, 65 Newton. 8. Una cuerda de 68 cm de longitud y de 1.29 gramos de masa, vibra en su forma fundamental con una frecuencia de 220 hz. A cuántos gramos fuerza de tensión estará sometida? Respuesta gf. 9. una cuerda de guitarra tiene 30 cm de longitud y 100 gramos de masa. Qué tensión se le debe aplicar para que produzca un sonido fundamental cuya frecuencia sea igual a 256 hz? Respuesta: 7856,4 newton. 10. Una cuerda metálica de 500 miligramos de masa y 0,5 metros de longitud está sometida a una tensión de 882x10 4 dinas. Cuál será el valor de la velocidad de una onda transversal en la cuerda? Qué frecuencia tendrá su sonido fundamental, al igual que su segundo y tercer armónico? Respuesta 297 m/seg, 297 hz, 594 hz, 891 hz. 11. Una cuerda de acero tiene una longitud de 40 cm y un diámetro de 1mm, vibra en su forma fundamental con una frecuencia de 440 hz, hállese el valor de su tensión, sabiendo que la densidad del acero es de 7,86x10 3 kg/m 3 Respuesta 77,75 kgf. 12. Hállese la frecuencia del sonido fundamental de un tubo de órgano de 15 cm de longitud: a: Abierto. b. Cerrado, si la velocidad del sonido en el aire es de 330 m/s. Rta. 1100hz. 550hz. 13. En el problema anterior hállense la frecuencia y la longitud de onda del tercer armónico.rta. a. 3300hz; 10 cm. b. 2750hz, 12cm. 14. si la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s encontrar el largo necesario de un tubo cerrado para producir un tono fundamental con una frecuencia de 440hz. Rta. 19,31 cm 15.un tubo abierto resuena con una frecuencia fundamental de 300hz. Cuál será la mayor frecuencia siguiente con la que resonará? Rta. 600hz 16.Un tubo cerrado de órgano produce una frecuencia fundamentaal de 220 hz. Cuáles serán la frecuencias de los siguientes dos armónicos que se forman?rta.660hz; 1100hz. 17. Un tubo abierto produce una frecuencia fundamental de 500 hz, a 0 C, cuál será la longitud del tubo? V= 331,7 m/s.rta. 33,17 cm. 18. Un tubo abierto, resuena a la frecuencia fundamental de 275 hz, Si el tubo tiene 50 cm de largo, Cuál es la velocidad del sonido? Rta. 275 m/s. 19.Un tubo tiene 0,40 m de longitud. Hallar el valor de su longitud de onda en su tercer armónico, si el tubo es: a. abierto. b.cerrado. Rta. A.26,66cm b. 32 cm. 20.Un tubo de órgano, tiene 5 m de largo.encontrar la frecuencia de la nota fundamental si la temperatura es de 30 C (abierto). V= 349,4 m/s Rta. 34,94 hz. 21.Un diapasón vibra 512 veces por segundo produciendo su primera resonancia en tubo cerrado de 16,8 cm de largo.hallar la velocidad del sonido de aire.rta 344 m/s. 22. El décimo armónico de un tubo cerrado equivale a 3800hz. Cuál será el valor de la frecuencia del quinto armónico del mismo tubo pero abierto.rta 2000hz. 23. El armónico del sonido fundamental en un tubo abierto, tiene una frecuencia de 600hz, Cuál será el valor de la frecuencia del quinto armónico del mismo tubo pero cerrado? SOCIALIZACIÓN (Verificación de la aprehensión de los contenidos y revisión de la solución de la actividad) Realización de debates al finalizar clase semanal, para aclarar conceptos y problemas de aplicación considerando grados de dificultad, y luego de la socialización valoración tipo icfes.

7 PÁGINA: 7 de 9 COMPROMISO (Actividades extracurriculares consultas trabajos) CONSULTA. 1. Ondas estacionarias 2. Cuales son las ondas que no se pueden polarizar? 3. Define REVERBERACION y RAREFACCION 4. Consulta el texto fisica de santillana Pag 94 y 95 desarrolla la actividad propuesta. DESAFIO ICFES. El Robot Submarino A. mayor en 3 que en 4. B. menor en 1 que en 3. C. igual en 1 que en 3. D. menor en 2 que en Dos detectores de presión A y B de forma circular se encuentran en la cara superior del robot, el detector A tiene mayor diámetro que el detector B. La presión que registra el detector A A. es menor que la registrada por B, porque el volumen de agua sobre la superficie de B es mayor. B. es menor que la registrada por B, porque la fuerza de la columna de agua sobre la superficie B es menor. C. es igual que la registrada por B, porque la profundidad a la que se encuentran ambas superficies es igual. D. igual que la registrada por B, porque el volumen de la columna de agua sobre ambos detectores es igual. 5. El robot submarino emite un haz de luz que se atenúa con la distancia hasta que desaparece totalmente. Tal comportamiento se explica, porque en el agua la luz se Un pequeño robot submarino lleva un dispositivo que permite filmar bajo la superficie de el como se muestra en la figura. Una vez sumergido, el robot emite una onda hacia un centro de control en tierra. 1. Esta onda de sonido emitida es de naturaleza A. mecánica, porque la energía se transmite a través de moléculas de agua que vibran hacia arriba y hacia abajo. B. electromagnética, porque la energía se transmite a través de una señal que oscila transversalmente a la propagación. C. electromagnética, porque la energía se transmite a través de una señal que oscila paralelamente a las compresiones del medio. D. mecánica, porque, para transmitirse, la energía requiere de las moléculas de agua A. dispersa y se refracta. B. refracta y se refleja. C. dispersa y se absorbe. D. refleja y se absorbe. 6. Se sabe que, como consecuencia de la refracción, la posición real del robot no es la misma que la observada por alguien en tierra. De acuerdo con esta información la figura que mejor representa la posición aparente del robot sumergido es 2. Teniendo en cuenta que la velocidad del sonido en el agua es mayor que la velocidad del sonido en el aire y que la altura del sonido no cambia cuando la onda cambia de medio, la señal detectada por el centro de control en tierra se caracteriza por tener A. menor frecuencia que la señal emitida. B. mayor amplitud que la señal emitida. C. menor longitud de onda que la señal emitida. D. mayor velocidad que la de la señal emitida. 3. Si el largo ancho y alto del robot son muy pequeños en comparación con la profundidad alcanzada, la presión sobre el robot es

8 PÁGINA: 8 de 9 A. aumenta al doble. B. disminuye a la mitad. C. disminuye en un tercio. D. aumenta al triple. 11. Si la longitud de la cuerda es l su densidad lineal es μ y la tensión es F, al ponerla a oscilar con frecuencia f, la cuerda presenta la onda estacionaria mostrada en la figura. Si se toma otra de las cuerdas de igual longitud l, tensionada por una fuerza igual F, igualmente sujeta por sus extremos pero de densidad lineal 4μ, y se la pone a oscilar con la misma frecuencia f, el patrón de ondas estacionarias que se observa es el mostrado en la figura 7. Cuando el submarino emerge, es decir cuando sale a la superficie, puede flotar, en estas circunstancias, el empuje de agua sobre el robot submarino. A. es equivalente a la presión sobre el agua. B. es equivalente a la presión por unidad de área. C. es equivalente al volumen del robot submarino. D. es equivalente a la magnitud de su propio peso. Ondas Sonoras En un carnaval un guitarrista viaja sobre un carro que se mueve a velocidad constante ν. Para afinar la guitarra el hombre pulsa una de las cuereas de manera intermitente. Las ondas sonoras producidas por los pulsos intermitentes de la cuerda de la guitarra cuando se está afinando pueden representarse como se observa en la figura. Una persona se puede ubicar en cualquiera de los tres puntos A, B ó C 12. Si el guitarrista quiere producir un sonido más agudo debe A. disminuir la tensión en la cuerda sin cambiar su longitud. B. aumentar la longitud de la cuerda sin cambiar su tensión. C. disminuir la longitud de la cuerda sin cambiar su tensión. D. cambiar la cuerda por una más gruesa sin cambiar su longitud. EFECTO DOPPLER Una ambulancia se acerca a un acantilado y se aleja de un observador con V = 20 m/s. El conductor hace sonar la sirena que emite un sonido de 360s La frecuencia del sonido que proviene de la sirena, percibida por el observador, está dada por: 8. La velocidad de la onda que percibe una persona es A. mayor en el punto A que en el punto C. B. menor en el punto B que en el punto C. C. mayor en el punto A que en el punto B. D. igual en el punto A que en el punto C. 9. La frecuencia de la onda que percibe una persona es A. mayor en el punto C que en el punto B. B. igual en el punto B que en el punto C. C. mayor en el punto A que en el punto C. D. mayor en el punto A que en el punto B. 10. Cuando el hombre cambia de un traste a otro cambia la longitud de la parte de la cuerda que vibra. Si esta longitud se reduce a la mitad, la frecuencia producida A. 0 hz B. 170 hz C. 340 hz D. 360 hz 14. La frecuencia del sonido reflejado por el acantilado, percibida por el observador corresponde a: A. 0 s -1 B. 170,2 s -1 C. 340 s -1 D. 382,5 s Si la fuente y el observador se encuentran en reposo es correcto afirmar que la frecuencia que percibe el observador A. Varia cuando el sonido se refleja B. Será mayor cuando el sonido se refleja C. Será menor cuando el sonido se refleja D. No varía cuando el sonido se refleja

9 PÁGINA: 9 de 9 ELABORÓ REVISÓ APROBÓ NOMBRES Marina Claro Garcia DELIA VELANDIA CARGO Docentes de Área Jefe de Área Coordinador Académico DD 28 MM 03 AAAA 2015 DD 06 MM 04 AAAA 2015 DD 10 MM 04 AAAA 2015