Fenómenos y aplicaciones

Un excursionista grita frente a la pared vertical de un acantilado y oye el eco $1,6\ \text{s}$ después (velocidad del sonido en el aire: $340\ \text{m/s}$). El esquema representa el recorrido del sonido.

1. a) Explica por qué se produce el eco, nombrando el fenómeno ondulatorio responsable.
2. b) Teniendo en cuenta que el sonido recorre dos veces la distancia a la pared, calcula a qué distancia está el acantilado.

El sonar de un buque oceanográfico emite un pulso de ultrasonido de $50\ \text{kHz}$ hacia el fondo marino y el eco regresa $0,8\ \text{s}$ después (velocidad del sonido en el agua: $1500\ \text{m/s}$). El esquema muestra el recorrido del pulso.

1. a) Calcula la profundidad del fondo, recordando que el pulso hace un recorrido de ida y vuelta.
2. b) Calcula la longitud de onda del pulso en el agua y exprésala en centímetros.

La sonda Voyager 1 es el objeto construido por el ser humano más alejado: una señal de radio enviada desde la Tierra tarda $22,5\ \text{h}$ en alcanzarla (dato: $c = 3 \cdot 10^{8}\ \text{m/s}$).

1. a) Expresa el tiempo en segundos y calcula la distancia a la sonda, dando el resultado en notación científica.
2. b) Razona por qué la comunicación con las sondas espaciales se realiza con ondas electromagnéticas y no con ondas sonoras, aludiendo a la naturaleza de cada tipo de onda.
3. c) Suponiendo, de forma idealizada, que la señal de radio se refleja en la sonda y regresa a la Tierra, el eco de un sonar y esa señal de vuelta son manifestaciones del mismo fenómeno ondulatorio: identifícalo y describe en qué consiste.

Un rayo de luz pasa del aire al agua y se observa que se acerca a la normal.

1. a) ¿Qué fenómeno ondulatorio experimentó el rayo? Defínelo.
2. b) Indica qué magnitud de la onda no cambia al pasar de un medio a otro y cuáles sí cambian (velocidad de propagación y longitud de onda). Justifica por qué la frecuencia se conserva en el cambio de medio.

Dos parlantes emiten en fase la misma nota. Un micrófono colocado sobre la simetral del segmento que los une está a la misma distancia de ambos. El esquema muestra la disposición de los parlantes y el micrófono.

1. a) ¿Con qué diferencia de caminos llegan las dos ondas al micrófono?
2. b) Razona si la interferencia en ese punto es constructiva o destructiva y qué se escuchará en él.

Dos fuentes en fase emiten ondas de longitud de onda $\lambda = 2\ \text{m}$. En un punto P las distancias a las fuentes son $d_1 = 10\ \text{m}$ y $d_2 = 13\ \text{m}$. La figura muestra las dos fuentes y el punto P.

1. a) Calcula la diferencia de caminos $\Delta r = d_2 - d_1$.
2. b) Determina si $\Delta r$ es un número entero de longitudes de onda o un número impar de semilongitudes de onda, y concluye si en P la interferencia es constructiva o destructiva.

Dos parlantes emiten en fase un tono de $340\ \text{Hz}$ (velocidad del sonido en el aire: $340\ \text{m/s}$).

1. a) Calcula la longitud de onda del tono.
2. b) En un punto P las distancias a los parlantes son $6\ \text{m}$ y $8,5\ \text{m}$. Determina si en P el tono se oye con intensidad o apenas se oye, justificándolo con la diferencia de caminos.

Dos parlantes emiten en fase un tono de $170\ \text{Hz}$ (velocidad del sonido en el aire: $340\ \text{m/s}$).

1. a) Calcula la longitud de onda del tono.
2. b) En el punto P las distancias a los parlantes son $d_1 = 8\ \text{m}$ y $d_2 = 5\ \text{m}$: clasifica la interferencia en P.
3. c) Manteniendo $d_1 = 8\ \text{m}$, determina dos valores posibles de $d_2$ para los que en P haya un máximo y otros dos para los que haya un mínimo, justificándolo con la condición de interferencia.
4. d) Predice qué se percibirá al desplazarse lentamente por la sala siguiendo una recta paralela a la que une los parlantes.

Desde el pasillo se oye la televisión del living aunque no se vea la pantalla. El plano de la vivienda esquematiza la situación.

1. a) ¿Qué fenómeno ondulatorio permite que el sonido «doble la esquina»?
2. b) Razona, comparando el ancho de la puerta con las longitudes de onda típicas del sonido (del orden de $1\ \text{m}$) y de la luz (del orden de $5 \cdot 10^{-7}\ \text{m}$), por qué el sonido se difracta apreciablemente en la puerta y la luz no.

Al inclinar un CD bajo luz blanca aparecen colores parecidos a los del arcoíris.

1. a) Explica el papel de los surcos microscópicos del disco, que actúan como una red de difracción por reflexión.
2. b) Razona por qué cada color se observa en una dirección distinta, relacionándolo con la interferencia constructiva de cada longitud de onda y con que $\lambda_{\text{rojo}} > \lambda_{\text{azul}}$.

Un oleaje de longitud de onda $8\ \text{m}$ y velocidad $4\ \text{m/s}$ llega a la bocana de un puerto, una abertura de $10\ \text{m}$ entre dos espigones. La figura muestra la bocana vista desde arriba, con los frentes de ola que llegan.

1. a) Calcula el período y la frecuencia del oleaje.
2. b) Razona, comparando la abertura con la longitud de onda, si el oleaje se difractará al entrar y cómo afectará a los botes fondeados detrás de los espigones.
3. c) ¿Cambiaría la situación si la abertura fuese de $100\ \text{m}$? Justifícalo.

Un router doméstico emite su señal wifi en la banda de $2,4\ \text{GHz}$ (dato: $c = 3 \cdot 10^{8}\ \text{m/s}$).

1. a) Calcula la longitud de onda de la señal y exprésala en centímetros.
2. b) Compárala con el ancho de una puerta ($0,8\ \text{m}$) y razona, nombrando el fenómeno ondulatorio responsable, por qué hay cobertura en la pieza contigua aunque no exista línea de vista directa con el router.

Un router emite en dos bandas de frecuencia: $2,4\ \text{GHz}$ y $5\ \text{GHz}$ (dato: $c = 3 \cdot 10^{8}\ \text{m/s}$).

1. a) Calcula la longitud de onda de cada banda, en centímetros.
2. b) Razona, a partir del fenómeno de la difracción, qué banda rodea mejor los obstáculos domésticos (puertas, muebles) y, considerando también la absorción en los materiales, cuál atraviesa mejor las paredes.
3. c) Los fabricantes recomiendan usar la banda de $5\ \text{GHz}$ solo cerca del router, aunque permite mayor velocidad de datos: relaciónalo con lo calculado en los apartados anteriores.