SOLUCIONARIO GUÍA TÉCNICO PROFESIONAL Ondas IV: fenómenos ondulatorios

Transcripción

1 SOLUCIONARIO GUÍA TÉCNICO PROFESIONAL Ondas IV: fenómenos ondulatorios SGUICTC026TC32-A16V1

2 Solucionario guía Ondas IV: fenómenos ondulatorios Ítem Alternativa Habilidad 1 B Comprensión 2 C Comprensión 3 D Comprensión 4 A Comprensión 5 D Comprensión 6 E Reconocimiento 7 C Comprensión 8 D Comprensión 9 C Comprensión 10 E Aplicación 11 B Aplicación 12 D Aplicación 13 D ASE 14 A ASE 15 B Comprensión 16 B Reconocimiento 17 D Aplicación 18 A ASE 19 D Comprensión 20 D Comprensión

3 Ítem Alternativa Defensa 1 B En general, al iluminar un cuerpo su superficie refleja algunas ondas y absorbe otras, lo que nos permite apreciar los objetos de diferentes colores. Si el cuerpo es capaz de reflejar todas las ondas que inciden sobre él (no absorbiendo ninguna), al ser iluminado con luz blanca se verá blanco. Si la superficie del cuerpo es capaz de absorber todas las ondas que inciden sobre él, entonces lo veremos negro, ya que no habrá ondas de luz reflejadas. La absorción de luz genera un aumento de temperatura en el cuerpo, por lo cual en un día de verano y mucho sol es recomendable usar ropa clara, para así evitar la absorción de luz. Por el contrario, en los días fríos y de sol tenue del invierno, es más recomendable utilizar ropa oscura, lo que nos ayudará a mantener una temperatura confortable en nuestro cuerpo al absorber una mayor cantidad de ondas de luz. I) Falso I 2 C 3 D La capacidad de las ondas de rodear objetos que se encuentran en su camino se denomina difracción. El ángulo de incidencia se forma entre el rayo incidente y la normal. El ángulo de reflexión se forma entre el rayo reflejado y la normal. Cuando una onda se refleja, el ángulo de incidencia siempre es igual al ángulo de reflexión. En este caso, se tiene que: Ángulo de incidencia de R: 30º Ángulo de incidencia de P: 60º Así: Ángulo de reflexión de R = 30º Ángulo de reflexión de P = 60º I

4 4 A 5 D La reflexión de un sonido produce el eco. Si ocurren varias reflexiones sucesivas, entonces se produce la reverberación. Ambos efectos pueden llegar a ser muy molestos y deformar el sonido en un recinto cerrado, como sucede en un salón grande o una iglesia, por ejemplo. Es por este motivo que lugares como las salas de cine y estudios de grabación son recubiertos con materiales blandos (como alfombras, espumas y cortinas), que absorben el sonido y evitan su reflexión, mejorando la acústica del lugar. Al cambiar de medio con un ángulo de incidencia distinto de 0º, la luz experimenta refracción, es decir, experimenta un cambio en su dirección de propagación, debido a la variación de su velocidad. Así, un objeto semisumergido parecerá doblarse o cortarse debido a que los rayos de luz que viajan por el agua lo hacen en una dirección distinta de aquellos que viajan por el aire, dando la impresión al observador de que el objeto está quebrado o partido en dos. Fíjate en la siguiente imagen. 6 E 7 C 8 D La resonancia es la vibración espontánea y/o el refuerzo en la amplitud de vibración que experimenta un cuerpo cuando se ve enfrentado a una vibración o sonido de su misma frecuencia natural. La resonancia produce un aumento en la intensidad de los sonidos. Las personas, al igual que algunos instrumentos musicales, poseemos una caja de resonancia natural, con la cual obtenemos un mayor volumen en nuestra voz. Según muestra la figura, primero se superpondrán los pulsos 1 y 2, y luego los pulsos 1 y 3, sin que lleguen a superponerse las tres ondas al mismo tiempo. Al momento de superponerse 1 y 3, la interferencia será de tipo constructiva, por tratarse de pulsos que viajan en fase. La máxima amplitud se alcanzará cuando se superpongan las crestas de ambas ondas, sumándose ambas amplitudes. Así, la onda resultante tendrá una amplitud máxima dada por A 1 +A 3. Si las ondas de sonido generadas por dos fuentes diferentes se anulan entre sí, entonces están experimentando el fenómeno de interferencia destructiva. Esto es lo que el niño percibe al situarse

5 entre los dos parlantes que emiten música y encontrar una zona en la cual se produce silencio. 9 C El rayo de luz, al pasar del aire al interior del frasco de vidrio, se refracta. Al salir, pasa del interior del frasco al aire, refractándose nuevamente. Por el hecho de volver la luz al medio original del cual provenía, y de ser un frasco de caras paralelas, el ángulo de incidencia que forma el rayo de luz al ingresar al frasco es igual al ángulo que forma con la normal al salir de él (no importando el material que contenga el frasco), tal como lo muestra la siguiente figura. Por lo tanto, el ángulo que forma el rayo con la superficie del frasco al salir es 60º. 10 E Recordemos que v v f f Considerando los datos del enunciado, calculamos la frecuencia pedida. m v 1,5 v 1,5 s f 5,0[ Hz] 30[ cm] 0,3[ m] 0,3 11 B 12 D El tiempo que demora el generador de ondas en producir una oscilación completa en la cuerda A es el periodo de la onda. Como sabemos, el periodo se puede calcular 1 1 T 0,2[ s] f 5,0 Sabemos que v f Como la frecuencia es constante aunque la onda viaje por medios diferentes, entonces

6 f 5,0Hz m vb B f 0,15,0 0,5 B 10[ cm] 0,1[ m] s 13 D Para que la frecuencia de una onda cambie, es necesario que cambie la frecuencia de la fuente que la genera. Así, al aumentar la frecuencia de la fuente generadora aumenta la frecuencia de la onda que viaja por las cuerdas A y B. La velocidad de propagación de una onda depende de las características del medio por el que viaja y no del valor de su frecuencia. Por lo tanto, la velocidad de propagación de la onda en las cuerdas A y B seguirá siendo la misma que antes, porque las cuerdas siguen siendo las mismas. Por este motivo, si la frecuencia aumenta, la longitud de onda deberá disminuir, para que la velocidad de propagación en cada cuerda se mantenga constante. II) Falso II 14 A En el esquema es posible observar que la longitud de onda en el medio 2 es menor que en el medio 1; esto significa que la velocidad de la onda en el medio 2 es también menor, respecto del medio 1. Lo anterior se debe a que la rapidez de propagación y la longitud de onda son directamente proporcionales, por lo que si una disminuye, la otra también lo hace proporcionalmente. Como la dirección de propagación de la onda es perpendicular a la línea que separa los medios 1 y 2, la onda no experimenta refracción, es decir, continúa viajando por la misma línea de dirección en que venía, tal como lo muestra la siguiente figura. Por último, aun cuando la onda en el medio 2 disminuye su longitud de onda, su frecuencia permanece constante, pues esta

7 característica de la onda no varía. II) Falso 15 B Si una onda cambia de medio de propagación, necesariamente su rapidez se modifica, pues esta depende, entre otros factores, de las características físicas del medio. Además, junto con modificarse su rapidez, cambia proporcionalmente su longitud de onda (λ). Por otra parte, e independientemente del medio por el cual se propague, la onda mantiene constante su frecuencia y, por lo 1 tanto, su periodo, ya que: f T La dirección de propagación de la onda corresponde a la línea sobre la cual la onda se desplaza. En general, al pasar desde un medio a otro diferente, la dirección de propagación se modifica, excepto cuando la onda incide en una dirección perpendicular a la superficie de separación de ambos medios, es decir, cuando el ángulo de incidencia de la onda es 0º. En este caso, la onda se transmite hacia el nuevo medio cambiando su velocidad y su longitud de onda, pero manteniendo su dirección de propagación original. El siguiente diagrama muestra esta situación. En la figura, al transmitirse del medio 1 al medio 2, la onda disminuye su longitud de onda y, por lo tanto, disminuye su velocidad de propagación, pero, como incide perpendicularmente sobre la línea que separa ambos medios, su dirección de propagación no se modifica y continúa viajando sobre la línea de desplazamiento original, representada por la flecha roja. Como el encabezado de la pregunta contiene la afirmación siempre, la proposición III es incorrecta.

8 II) III) Verdadero Falso 16 B Una de las condiciones necesarias para que el fenómeno de la reflexión interna total ocurra es que el haz de luz se dirija desde un medio de mayor índice de refracción a otro de índice menor; es decir, la reflexión interna total solo se produce cuando la luz se transmite desde un medio más denso a otro menos denso. Otra condición necesaria para que este curioso fenómeno ocurra es que el ángulo de incidencia debe ser mayor al ángulo límite (o ángulo crítico), cuyo valor depende del medio en el cual se encuentre la luz. Recuerda que, si el ángulo de incidencia toma el valor del ángulo límite, entonces solo se produce refracción rasante y no se produce la reflexión interna total. I) Falso I 17 D Primero, recordemos que la rapidez de propagación v de una onda se puede calcular como distancia v d v t tiempo Si el sonido demoró 2 [s] en volver al submarino significa que le tomó 1 [s] en alcanzar el fondo marino y 1 [s] en regresar. Entonces, la distancia a la que se encuentra el fondo del mar es m v s d [ m] t 1[ s] 18 A La refracción es el cambio en la dirección de propagación que experimenta una onda, cuando se transmite desde un medio a otro diferente con un ángulo de incidencia distinto de 0º. Si un rayo de luz se transmite a un medio en donde su velocidad de propagación disminuye, se acerca a la normal. De acuerdo a lo anterior y considerando que el índice de refracción se calcula c como: n, al observar la imagen adjunta es posible vmedio establecer que en el medio 3 es en donde la luz viaja con menor velocidad (el rayo se acerca más a la normal) y, por lo tanto, es el medio que presenta un mayor índice de refracción.

9 N N Además, considerando que la luz viaja más lento en los medios más densos, si el medio 3 es el medio en donde la luz viaja con menor velocidad, es también el medio más denso de todos. Por último, como los tres medios son distintos, la rapidez de propagación de la luz es diferente en cada uno de ellos. II) Falso 19 D 20 D De las alternativas presentadas, la A describe la relación entre dos constantes; el índice de refracción del diamante y el del agua. La B y la C corresponden a las definiciones de la reverberación y del índice de refracción, respectivamente, y la E establece la naturaleza de la resonancia como un fenómeno ondulatorio. En cambio, la alternativa D presenta una relación permanente entre dos variables, el ángulo de incidencia y el de reflexión, presentes en el fenómeno de la reflexión de una onda, y establece que ambos son siempre iguales. Esta corresponde, por consiguiente, a una ley. Cuando una onda sonora choca con un objeto o superficie, una parte de ella es reflejada, desviándose de su trayectoria original, y otra parte es absorbida, disipándose la energía que transporta. El porcentaje de la onda que sea reflejada o absorbida dependerá, básicamente, del tipo de material del cual se trate y de la frecuencia de la vibración. Así, cada vez que la onda incide sobre un cuerpo o superficie parte de la energía que transporta se pierde, disminuyendo la distancia a la cual el sonido puede ser percibido. Así, el campanario de una iglesia se ubica en altura para que las ondas sonoras no choquen con objetos o superficies, evitando que sean desviadas y/o absorbidas por los materiales, con el propósito de que logren ser percibidas a una mayor distancia. I