Exercicis: El so

En un laboratori es penja un timbre elèctric dins d'una campana de vidre i es va extraient l'aire a poc a poc. La figura mostra el muntatge de l'experiment.

1. a) Descriu què se sent a mesura que surt l'aire.
2. b) Què demostra aquest experiment sobre el que necessita el so per propagar-se?
3. c) Per què dos astronautes a la superfície de la Lluna es parlen per ràdio encara que estiguin l'un al costat de l'altre?

El so viatja per l'aire com una successió de zones d'aire comprimit i enrarit que avancen des de la font fins a l'oïda. La figura representa aquestes zones de compressió i enrariment.

1. a) Viatja l'aire des de l'altaveu fins a la teva orella o només oscil·la al voltant de la seva posició?
2. b) Tenint en compte la direcció en què oscil·la l'aire respecte a la direcció en què avança l'ona, el so és una ona transversal o longitudinal? Justifica-ho.
3. c) Descriu com ho modelitzaries amb una molla estirada sobre la taula.

L'altaveu del poliesportiu està a $68\ \text{m}$ d'on ets tu, com es mostra a la figura.

Quant triga el so a arribar a les teves orelles? Dada: el so viatja per l'aire a $340\ \text{m/s}$.

En una guitarra, la corda primera (la més prima) vibra a $330\ \text{Hz}$ a l'aire i la sisena (la més gruixuda) a $82,5\ \text{Hz}$.

1. a) Quina de les dues cordes sona més aguda?
2. b) De quina magnitud de l'ona depèn el to (agut o greu) d'un so?
3. c) En quina unitat es mesura aquesta magnitud?

Dues persones toquen la mateixa tecla d'un piano, l'una amb molta més força que l'altra.

1. a) Quin dels dos sons se sent més fort?
2. b) El volum d'un so (fort o feble) és la qualitat anomenada intensitat: de quina magnitud de l'ona depèn?
3. c) Canvia el to de la nota en tocar-la amb més força? Justifica-ho.

Una oïda humana jove i sana percep sons entre uns $20\ \text{Hz}$ i $20\,000\ \text{Hz}$. Indica si podem sentir cadascun d'aquests sons i anomena el rang al qual pertanyen:

1. a) Un so de $15\ \text{Hz}$.
2. b) Un so de $440\ \text{Hz}$.
3. c) Un so de $25\,000\ \text{Hz}$.

Com s'anomenen els sons amb freqüència per sobre de $20\,000\ \text{Hz}$ i quin animal els utilitza per orientar-se en la foscor?

Un violí i una flauta toquen la mateixa nota, un la de $440\ \text{Hz}$, i amb el mateix volum. La figura mostra la forma de les ones que produeix cada instrument.

1. a) Per què tot i així distingim quin instrument està tocant?
2. b) Com s'anomena aquesta qualitat del so? Explica en què es diferencien les ones que produeix cada instrument.

Durant una tempesta veus el llampec i comptes $4\ \text{s}$ fins que sents el tro, com es mostra a la figura.

1. a) A quina distància de tu està la tempesta? (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Per què pots menysprear el temps que triga a arribar-te la llum del llampec?

Crides davant de la paret d'un frontó i sents l'eco $0,5\ \text{s}$ després, com es mostra a la figura.

1. a) Explica quin camí ha recorregut el so des que ha sortit de la teva boca fins que l'has sentit.
2. b) Calcula a quina distància està la paret. (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)

Uns focs artificials esclaten a $1700\ \text{m}$ de casa teva. Quant trigues a sentir l'estampit des que veus l'esclat de llum? (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)

Un xiulet emet un so de $340\ \text{Hz}$ a l'aire, on el so viatja a $340\ \text{m/s}$.

1. a) Calcula la seva longitud d'ona.
2. b) Un altre xiulet emet amb el doble de freqüència, $680\ \text{Hz}$: calcula la seva longitud d'ona.
3. c) Explica, amb l'ajuda de $v = \lambda \cdot f$, com canvia la longitud d'ona d'un so quan augmenta la seva freqüència en el mateix medi.

Un altaveu genera un to pur de $200\ \text{Hz}$ a l'aire.

1. a) Calcula el període de l'ona.
2. b) Calcula la seva longitud d'ona. (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)

El so viatja per l'aigua del mar a uns $1500\ \text{m/s}$. Dos dofins neden separats per $3\ \text{km}$.

1. a) Quant triga el so de l'un a arribar a l'altre per l'aigua?
2. b) Quant trigaria a recórrer aquesta mateixa distància per l'aire? (A l'aire viatja a $340\ \text{m/s}$; expressa el resultat amb un decimal.)
3. c) En quin dels dos medis es propaga més ràpid el so?

Un guia de muntanya crida cap a la paret d'un congost que es troba a $170\ \text{m}$.

1. a) Quina distància total recorre el so des que crida fins que sent l'eco?
2. b) Quant de temps trigarà a sentir l'eco? (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)

Una balena canta a $20\ \text{Hz}$ i un ratpenat emet les seves crides a $68\,000\ \text{Hz}$.

1. a) Pot l'oïda humana percebre els dos sons? Justifica-ho amb el rang d'audició, de $20\ \text{Hz}$ a $20\,000\ \text{Hz}$.
2. b) Calcula la longitud d'ona de cada so a l'aire i expressa-la en una unitat adequada. (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)
3. c) Relaciona la longitud d'ona tan petita de les crides del ratpenat amb la seva capacitat per detectar insectes diminuts.

En una ciutat conviuen el trànsit, les obres, les terrasses amb música i les sirenes de les ambulàncies.

1. a) Explica què s'entén per contaminació acústica.
2. b) Cita dos efectes del soroll excessiu sobre la salut de les persones.
3. c) Proposa una mesura per reduir el soroll actuant sobre la font i una altra actuant sobre el medi pel qual es propaga.

Un excursionista crida davant d'una paret rocosa llunyana i sent l'eco $3\ \text{s}$ després.

1. a) A quina distància està la paret? (El so viatja a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Camina $170\ \text{m}$ cap a la paret i torna a cridar: quant triga ara l'eco?
3. c) Explica per què el temps s'ha reduït en la mateixa proporció que la distància.

El sonar d'un vaixell envia un pols d'ultrasò cap al fons marí i l'eco torna $0,4\ \text{s}$ després, com es mostra a la figura. El so viatja per l'aigua a $1500\ \text{m/s}$.

1. a) Quina profunditat hi ha sota el vaixell?
2. b) Per què el sonar utilitza ultrasons en lloc de sons audibles?
3. c) Si el vaixell navega fins a una zona on el fons està a $600\ \text{m}$, quant trigarà a tornar l'eco?

Hi ha una regla pràctica per a les tempestes: «cada $3\ \text{s}$ entre el llampec i el tro, $1\ \text{km}$ de distància».

1. a) Comprova la regla calculant quina distància recorre el so en $3\ \text{s}$ ($v_{\text{so}} = 340\ \text{m/s}$).
2. b) Quin error comet la regla, en metres i en percentatge? Et sembla acceptable per a l'ús quotidià?
3. c) La regla suposa que la llum arriba a l'instant: calcula quant triga en realitat la llum del llampec a recórrer $1\ \text{km}$ ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) i justifica si la suposició és raonable.

A les pel·lícules de l'Oest, els exploradors enganxen l'orella a la via del tren per saber si se n'acosta un. El so viatja per l'acer a $5000\ \text{m/s}$ i per l'aire a $340\ \text{m/s}$. Un tren llunyà xiuletja estant a $1700\ \text{m}$. La figura mostra les dues rutes per les quals arriba el so.

1. a) Quant triga el xiulet a arribar per l'aire?
2. b) Quant triga a arribar per la via?
3. c) Amb quant d'avantatge arriba el so per la via? Expressa el resultat amb un decimal.
4. d) Explica, pensant en les partícules de cada medi, per què el so es propaga molt més ràpid per l'acer que per l'aire.

Dos alumnes volen mesurar la velocitat del so a l'aire lliure. Es col·loquen a $255\ \text{m}$ l'un de l'altre: un colpeja un bombo i l'altre cronometra $0,75\ \text{s}$ des que veu el cop fins que sent el so.

1. a) Calcula la velocitat del so que obtenen.
2. b) Per què el segon alumne engega el cronòmetre en veure el cop i no necessita saber l'instant exacte en què es va produir?
3. c) Indica dues fonts d'error d'aquesta mesura i una manera de millorar l'experiment.

En un concert a l'aire lliure, el so al costat dels altaveus és eixordador i a $100\ \text{m}$ amb prou feines molesta. La figura representa com es reparteix l'energia de l'ona en allunyar-se de l'altaveu.

1. a) Quina magnitud de l'ona sonora disminueix en allunyar-se de la font i quina es manté?
2. b) L'altaveu emet la seva energia repartint-la sobre superfícies esfèriques cada vegada més grans a mesura que l'ona s'allunya: explica amb aquesta idea per què el volum baixa tant amb la distància.
3. c) Relaciona això amb la recomanació de no romandre gaire temps enganxat als altaveus.

Una família viu en un pis al costat d'una avinguda molt transitada i pateix el soroll del trànsit també de nit.

1. a) Proposa una mesura per reduir el soroll actuant sobre la font, una altra actuant sobre el medi de propagació i una altra sobre el receptor, justificant físicament cadascuna.
2. b) Explica per què una finestra de doble vidre amb cambra d'aire aïlla millor del soroll que un vidre senzill.
3. c) Dins de casa, les cortines gruixudes, les catifes i les prestatgeries plenes de llibres redueixen el soroll: què li fan aquests materials al so en lloc de reflectir-lo?

Un ratpenat emet un pols d'ultrasò i rep l'eco que produeix una pols $0,02\ \text{s}$ després. (El so viatja per l'aire a $340\ \text{m/s}$.)

1. a) A quina distància està la pols?
2. b) Per què les persones no sentim les crides del ratpenat?
3. c) Els objectes molt més petits que la longitud d'ona amb prou feines reflecteixen l'ona: raona per què al ratpenat li convé utilitzar freqüències altes, amb longituds d'ona petites, per caçar insectes.