2. Al iluminar un cuerpo solo con luz blanca, se ve azul. Si ahora iluminamos el mismo cuerpo solo con luz roja, este se verá de color
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- María Elena Lara Gil
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1 Programa Estándar Anual Nº Guía práctica Ondas IV: fenómenos ondulatorios Ejercicios PSU 1. En las salas de cine tanto las paredes como el cielo son cubiertos con materiales blandos, como cortinas y alfombras, para evitar el efecto denominado eco y mejorar la acústica del lugar. Qué fenómeno característico de las ondas se intenta evitar? A) Reflexión D) Efecto Doppler B) Refracción E) Absorción C) Difracción Ciencias Básicas Física 2. Al iluminar un cuerpo solo con luz blanca, se ve azul. Si ahora iluminamos el mismo cuerpo solo con luz roja, este se verá de color A) verde. D) naranjo. B) azul. E) negro. C) rojo. 3. Cuando un rayo de luz pasa del aire al agua, es correcto afirmar que, al refractarse, I) la luz aumenta su velocidad de propagación. II) el rayo se acerca a la normal. III) la luz mantiene constante su frecuencia. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) Solo II y III C) Solo III 4. Un rayo de luz monocromática (compuesto por ondas de una sola frecuencia) puede experimentar el (los) fenómeno(s) de GUICES026CB32-A16V1 I) refracción. II) difracción. III) dispersión. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 1
2 Ciencias Básicas Física 5. En ciertas ondas transversales la velocidad de propagación es inversamente proporcional a la densidad del medio elástico en el que se propagan. Si en el fenómeno de la refracción su frecuencia permanece constante, al pasar a un medio menos denso se espera que estas ondas A) aumenten su amplitud. D) aumenten su periodo. B) aumenten su longitud de onda. E) disminuyan su número de ciclos. C) disminuyan su velocidad de propagación. 6. Los rayos de la figura representan dos ondas incidiendo sobre una superficie lisa. R P 60º 30º Respecto de esta situación, es correcto afirmar que I) el ángulo de reflexión de R es menor que el de P. II) el ángulo de reflexión de R es 30º. III) el ángulo de reflexión de P es 30º. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo I y III C) Solo III 7. Una onda electromagnética viaja por tres medios distintos y homogéneos: X, R y S, tal como muestra la figura. La onda viaja por el medio X con una rapidez V y una frecuencia f. Al ingresar al medio R duplica su rapidez y, finalmente, al ingresar al medio S la onda disminuye su rapidez a un tercio. Cuál es la longitud de onda en el medio S? A) B) C) D) E) 2V 3f f V 2V f 2f V 2f 3V v X R S 8. Elizabeth observa cómo un grupo de ondas, al propagarse en el agua, son capaces de rodear obstáculos que impiden su propagación. El fenómeno ondulatorio observado por Elizabeth se denomina A) interferencia. D) reflexión. B) transmisión. E) refracción. C) difracción. 2
3 GUÍA PRÁCTICA 9. Dos pulsos, P y A, se propagan con una rapidez de 40 cm s despreciable, tal como lo indica la figura. P A por una cuerda inextensible y de masa Si la amplitud de cada pulso es 5 [cm], cuál será la máxima amplitud del pulso resultante cuando P y A se interfieran? A) 40 [cm] D) 4 [cm] B) 10 [cm] E) 0 [cm] C) 8 [cm] 10. Una ley científica se puede entender como una proposición que describe una relación constante entre dos o más variables o propiedades de la naturaleza, que se puede expresar de manera verbal y/o a través de ecuaciones matemáticas, se apoya en la evidencia empírica y es universalmente aceptada. Considerando lo anterior, cuál de las siguientes alternativas corresponde a una ley científica? A) El diamante posee mayor índice de refracción que el agua B) La reverberación es la prolongación del sonido debido a sucesivas reflexiones, después de extinguida la fuente sonora C) El índice de refracción es un número adimensional que indica la resistencia que presenta el medio a ser recorrido por la luz D) En el fenómeno de la reflexión el ángulo de incidencia siempre es igual al ángulo de reflexión E) La resonancia es un fenómeno ondulatorio 11. Un haz de luz que viaja por un medio 1 incide sobre un medio 2, tal como muestra la figura. R α α P Medio 1 Medio 2 β M Según lo anterior, es correcto afirmar que I) R es un rayo incidente. II) P es un rayo reflejado. III) M es un rayo refractado. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 3
4 Ciencias Básicas Física 12. Dentro de las condiciones necesarias para que el fenómeno de reflexión interna total ocurra está(n) que I) el ángulo de incidencia sea igual al ángulo límite. II) el haz de luz viaje hacia un medio de menor índice de refracción. III) el haz de luz viaje hacia un medio de mayor densidad. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III 13. En un día de verano y con mucho sol es recomendable usar ropa clara porque en ella la luz se I) refracta en su mayoría. II) refleja en su mayoría. III) absorbe en su mayoría. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo I y III. 14. Un pulso de sonar es emitido verticalmente desde un submarino, en dirección al fondo del mar. Si el eco se recibe después de 2 [s], a qué distancia está el submarino del fondo? (Considere que la rapidez del sonido en el agua es m s ). A) 340 [m] B) 680 [m] C) 725 [m] D) [m] E) [m] 4
5 GUÍA PRÁCTICA Enunciado para las preguntas 15, 16, 17 y 18. La figura muestra una fuente generadora de ondas y dos cuerdas, A y B, de distinta densidad y unidas entre sí en el punto P, por las que se desplaza un tren de ondas. En la cuerda A la rapidez de propagación de la onda es 1,5 m y la longitud de onda es 30 [cm]. s A B P Fuente generadora de ondas v A v B 15. Cuál es la frecuencia con la que oscila un punto cualquiera de la cuerda A? A) 1,5 [Hz] D) 4,0 [Hz] B) 2,5 [Hz] E) 5,0 [Hz] C) 3,0 [Hz] 16. Cuánto tarda la fuente generadora de ondas en generar una oscilación completa en la cuerda A? A) 0,1 [s] D) 0,4 [s] B) 0,2 [s] E) 0,5 [s] C) 0,3 [s] 17. Si la longitud de onda en la cuerda B es 10 [cm], la rapidez de propagación de la onda en esta cuerda es A) 2,0 m s D) 0,5 m s B) 1,5 m s E) 0,1 m s C) 1,0 m s 18. Si la fuente generadora de ondas aumenta su frecuencia, es correcto afirmar que I) la frecuencia en la cuerda B aumenta. II) la velocidad de propagación en la cuerda A aumenta. III) la longitud de onda en la cuerda B disminuye. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 19. El fenómeno ondulatorio que produce que la caja de un instrumento como una guitarra acústica vibre con las ondas sonoras producidas al pulsar una cuerda, aumentando la intensidad de su sonido, se llama A) interferencia. D) eco. B) absorción. E) resonancia. C) efecto Doppler. 5
6 Ciencias Básicas Física 20. Un cuerpo se ve rojo porque I) absorbe todos los colores menos el rojo. II) refracta solo el rojo. III) refleja solo el rojo. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo I y III. 21. Un rayo de luz atraviesa un frasco de vidrio delgado de caras paralelas, lleno con aceite (n = 1,45). Si el rayo penetra en el frasco con un ángulo de incidencia de 30º, el ángulo que forma el rayo con la superficie del frasco al salir es A) 20º B) 30º C) 60º D) 80º E) 90º 22. Un haz de luz irradiado por el Sol viaja por el vacío, atraviesa la atmósfera de la Tierra (aire) e incide con un ángulo de 45 sobre un recipiente de vidrio lleno de agua. Respecto a lo anterior, se afirma que ( Considere n vidrio = 1,6 ; n agua = 1,33 ; n aire = 1 ; n vacío = 1) I) en el vacío la luz viaja con una rapidez de km s. II) III) la velocidad de la luz en el agua es mayor que en el aire, por tener aquella un mayor índice de refracción. al pasar el haz de luz desde el vidrio al agua, el rayo refractado se aleja de la normal. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y III. E) I, II y III. 6
7 GUÍA PRÁCTICA 23. Un niño que se sitúa entre dos parlantes que emiten música (bajo condiciones bien específicas) se da cuenta de que existe una zona en particular en la cual se produce silencio. Este efecto se debe al fenómeno de A) difracción del sonido. D) interferencia del sonido. B) reflexión del sonido. E) reverberación. C) resonancia. 24. Un haz de luz se propaga por el Benceno con una rapidez aproximada de km s el índice de refracción del Benceno?. Cuál es A) 0,6 D) 1,6 B) 1,0 E) 2,5 C) 1,5 25. En un balneario, al costado del mar se ubica una torre T con una sirena en lo alto, que emite señales sonoras en caso de peligro. La figura adjunta muestra posibles trayectorias que sigue el sonido cuando la sirena comienza a emitir una alerta, para llegar a una persona P que practica buceo en la bahía. T Aire Agua A B C D E P De las trayectorias mostradas, cuál es físicamente correcta para que el sonido viaje hasta la persona P? A) La que pasa por el punto A. B) La que pasa por el punto B. C) La que pasa por el punto C. D) La que pasa por el punto D. E) La que pasa por el punto E. 7
8 Ciencias Básicas Física Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad 1 Comprensión 2 Comprensión 3 Comprensión 4 Reconocimiento 5 Comprensión 6 Comprensión 7 Aplicación 8 Comprensión 9 Aplicación 10 Comprensión 11 Reconocimiento 12 Reconocimiento 13 Comprensión 14 Aplicación 15 Aplicación 16 Aplicación 17 Aplicación 18 ASE 19 Reconocimiento 20 Comprensión 21 Comprensión 22 ASE 23 Comprensión 24 Aplicación 25 ASE 8
9 GUÍA PRÁCTICA Resumen de contenidos Fenómenos ondulatorios Reflexión Rebote de una onda en la superficie de un medio. Al reflejarse, las ondas siguen la ley de la reflexión. Refracción Cambio en la dirección de propagación de una onda, cuando pasa desde un medio a otro diferente, con un ángulo de incidencia distinto de 0º. Una onda puede experimentar Difracción Capacidad de las ondas de rodear objetos. Transmisión Capacidad de las ondas de propagarse por un medio, pudiendo pasar a otro distinto. Al transmitirse entre dos medios, las ondas modifican su velocidad y su longitud de onda. Onda incidente Medio 1 Medio 2 V 1 V 2 λ 1 λ 2 Onda transmitida Interferencia Efecto que produce la superposición de dos o más ondas. Puede ser constructiva o destructiva. Onda incidente Material Absorción Capacidad de algunos materiales de atrapar (absorber) ondas. Onda Onda absorbida transmitida Onda reflejada 9
10 Ciencias Básicas Física Leyes de la reflexión En la reflexión, siempre se cumple que la onda incidente, la onda reflejada y la normal están en un mismo plano (primera ley de la reflexión) y que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión (segunda ley de la reflexión). Normal Onda incidente Onda reflejada a i a R a i = a R Reflexión del sonido Eco: reflexión nítida de una onda sonora. Se produce cuando el sonido emitido rebota sobre una superficie ubicada a una distancia mínima de 17 [m] del emisor. Reflexión de la luz Especular: se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie lisa. Reflexión especular o regular 17 m Reverberación: es la prolongación del sonido después de extinguida la fuente sonora, debido a sucesivas reflexiones,. Difusa: se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie rugosa. Reflexión difusa 10
11 GUÍA PRÁCTICA Índice de refracción El índice de refracción n, o refringencia de un medio, es un número que indica la resistencia que presenta el medio a ser recorrido por la luz. Corresponde al cociente entre la rapidez de la luz en el vacío y la rapidez de la luz en el medio en que se propaga. Es un número adimensional, es decir, no tiene unidades. n = c c: rapidez de la luz en el vacío ( km s ). v medio v medio : rapidez de la luz en el medio. Reflexión interna total de la luz N Medio 1 N n 1 n 2 b 90º i i i > b Medio 2 Refracción rasante Reflexión interna total Este fenómeno ocurre solo si la luz viaja desde un medio más denso a uno menos denso, es decir, si n 2 > n 1. Si el ángulo de incidencia toma el valor límite, se produce una refracción rasante. Si el ángulo de incidencia es mayor que el valor límite, el rayo no se refracta sino que se refleja; la superficie actúa como un espejo. Resonancia Es la vibración espontánea y/o el refuerzo en la amplitud de vibración que experimenta un cuerpo cuando se ve afectado por otra vibración o sonido de su misma frecuencia. La resonancia produce un aumento en la intensidad de los sonidos. 11
12 Ciencias Básicas Física Absorción del sonido Los sonidos más agudos (de mayor frecuencia) son absorbidos con mayor facilidad que aquellos más graves. En general, un material es mejor absorbente de sonido mientras menos denso y más blando sea, como alfombras, cortinas y espumas. La capacidad de absorción de un material se mide como una relación entre la cantidad de energía que incide sobre el material y la que este absorbe. Absorción de la luz Al ser iluminados, los cuerpos absorben algunas ondas y reflejan otras. Esto produce que percibamos los colores. Si el cuerpo es capaz de reflejar todas las ondas de luz, al ser iluminado con luz blanca lo veremos blanco. Si las absorbe todas, lo veremos negro, no importando el tipo de luz con el cual lo iluminemos. La absorción de luz produce un aumento de temperatura en los cuerpos. Registro de propiedad intelectual de. Prohibida su reproducción total o parcial. 12
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