Ejercicios: La naturaleza de las ondas: transferencia de energía

Un corcho flota en el mar y una serie de olas pasa bajo él camino de la orilla.

1. a) ¿Viaja el corcho con las olas hasta la playa o se limita a subir y bajar quedándose casi en el mismo sitio?
2. b) Si el agua no avanza con la ola, ¿qué es lo que sí llega hasta la orilla?

Clasifique cada una de estas ondas en mecánica (necesita un medio material para propagarse) o electromagnética (puede viajar por el vacío), y escriba las seis clasificaciones completas:

1. a) El sonido en el aire.
2. b) La luz del Sol.
3. c) Las olas del mar.
4. d) Las ondas de radio.
5. e) La onda que recorre la cuerda de una guitarra.
6. f) Los rayos X.

¿Cuáles de ellas podrían cruzar el espacio entre la Tierra y la Luna?

Andrea sacude hacia arriba y hacia abajo el extremo de una cuerda y una onda avanza a lo largo de ella. Después empuja una espira de un resorte estirado y una compresión viaja por el resorte. La figura representa las dos ondas.

1. a) ¿Cuál de las dos ondas es transversal y cuál longitudinal?
2. b) Explique la diferencia fijándose en cómo se mueve cada punto del medio en comparación con la dirección en la que avanza la onda.
3. c) El sonido hace oscilar el aire en la misma dirección en la que avanza: ¿a qué tipo de onda pertenece?

En la playa, Daniela observa que las crestas de las olas llegan separadas $4\ \text{m}$ unas de otras y que cada cresta se eleva $0,6\ \text{m}$ por encima del nivel del agua en calma. La figura representa las olas que observa.

1. a) ¿Cuánto vale la longitud de onda $\lambda$?
2. b) ¿Cuánto vale la amplitud $A$ de las olas?

Sentado sobre una boya, un bañista cuenta que pasan $15$ crestas en $30\ \text{s}$.

1. a) Calcule la frecuencia $f$ del oleaje en hercios.
2. b) Explique con sus palabras qué significa ese valor de la frecuencia.

Relacione cada magnitud de una onda con su unidad en el Sistema Internacional y escriba las cuatro parejas completas. Diga también qué nos indica cada magnitud sobre la onda:

1. a) Longitud de onda.
2. b) Período.
3. c) Frecuencia.
4. d) Velocidad de propagación.

Unidades: hertz ($\text{Hz}$), metro ($\text{m}$), segundo ($\text{s}$) y metro por segundo ($\text{m/s}$).

Al agitar el extremo de una manguera se forman en ella ondas cuyas crestas distan $2\ \text{m}$ entre sí, mientras la mano sube y baja $3$ veces por segundo. Calcule la velocidad de propagación de las ondas con la expresión $v = \lambda \cdot f$.

Una onda que cruza un estanque tiene una frecuencia de $5\ \text{Hz}$.

1. a) Calcule su periodo $T$.
2. b) Explique qué significa el periodo de una onda.

Las ondas que un patito genera al nadar en un estanque viajan a $1,2\ \text{m/s}$ y el patito produce $0,6$ ondas por segundo.

1. a) ¿Cuál es la frecuencia de las ondas?
2. b) Calcule su longitud de onda con $v = \lambda \cdot f$.

Por una boya pasan $10$ crestas en $4\ \text{s}$ y en una foto se ve que dos crestas consecutivas están separadas $0,6\ \text{m}$.

1. a) Calcule la frecuencia del oleaje.
2. b) Calcule su velocidad de propagación.

Un barco anclado se balancea $30$ veces por minuto por efecto del oleaje.

1. a) Exprese su frecuencia en hercios.
2. b) Calcule el periodo del balanceo.

La corriente alterna que llega a los tomacorrientes de la casa cambia de sentido con un periodo de $0,02\ \text{s}$.

1. a) Calcule su frecuencia en hercios.
2. b) ¿Cuántos ciclos completos ocurren en un minuto?

Una ola recorre $25\ \text{m}$ en $10\ \text{s}$ mientras se acerca a la orilla.

1. a) Calcule su velocidad de propagación.
2. b) Si su frecuencia es de $0,5\ \text{Hz}$, calcule su longitud de onda.

En un parque acuático, la máquina de olas genera ondas de $40\ \text{cm}$ de longitud de onda con una frecuencia de $6\ \text{Hz}$.

1. a) Exprese la longitud de onda en metros.
2. b) Calcule la velocidad de propagación de las olas.

El router de la casa emite ondas electromagnéticas de $2,4\ \text{GHz}$ de frecuencia.

1. a) Exprese esa frecuencia en hercios, usando notación científica.
2. b) Calcule la longitud de onda de la señal, sabiendo que las ondas electromagnéticas viajan a $3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

Dos ondas viajan por la misma cuerda tensa, de modo que ambas llevan la misma velocidad. La onda A tiene el doble de frecuencia que la onda B.

1. a) ¿Cuál de las dos tiene mayor longitud de onda?
2. b) ¿Cuántas veces mayor? Justifíquelo a partir de $v = \lambda \cdot f$.

Un tsunami en mar abierto viaja a unos $720\ \text{km/h}$ y su periodo es de unos $20\ \text{min}$. La figura esquematiza la ola del tsunami en mar abierto.

1. a) Exprese su velocidad en $\text{m/s}$.
2. b) Exprese su periodo en segundos.
3. c) Calcule su longitud de onda y exprésela en kilómetros.
4. d) En mar abierto la altura de la ola es de menos de $1\ \text{m}$, repartida en esa enorme longitud de onda: explique por qué los barcos apenas notan el tsunami en alta mar aunque transporte una energía gigantesca.

En un canal de ondas del laboratorio se fotografía una onda: las crestas aparecen en las posiciones $0,5\ \text{m}$, $3\ \text{m}$, $5,5\ \text{m}$ y $8\ \text{m}$, y su altura máxima sobre el nivel en calma es de $0,3\ \text{m}$. Además, se observa que por un punto del canal pasan $4$ crestas cada segundo. La figura muestra la fotografía de la onda con las posiciones de las crestas.

1. a) Determine la longitud de onda a partir de las posiciones de las crestas.
2. b) Indique la amplitud de la onda.
3. c) Calcule la frecuencia y la velocidad de propagación.

Una onda viaja por una cuerda fina a $8\ \text{m/s}$ y pasa a una segunda cuerda, más gruesa, unida a la primera, por la que viaja a $4\ \text{m/s}$. La frecuencia, $2\ \text{Hz}$, la impone la mano que agita la primera cuerda y es la misma en ambas. La figura representa la onda al pasar de una cuerda a la otra.

1. a) Calcule la longitud de onda en cada cuerda.
2. b) Indique qué magnitud no cambia al pasar de una cuerda a la otra y cuáles sí.
3. c) Explique por qué la frecuencia no puede cambiar en la unión: piense en cómo vibra el punto donde se juntan las dos cuerdas.

Por una cuerda tensa pasan $6$ crestas en $3\ \text{s}$ y en una foto se mide que dos crestas consecutivas distan $0,5\ \text{m}$.

1. a) Calcule la frecuencia de la onda.
2. b) Calcule su velocidad de propagación.
3. c) Calcule su periodo.
4. d) Si tensamos más la cuerda y la velocidad sube a $2\ \text{m/s}$ manteniendo la misma frecuencia, ¿cuál es la nueva longitud de onda?

Dos días seguidos llegan a la misma playa series de olas con la misma longitud de onda y la misma frecuencia, pero el lunes la amplitud es de $0,2\ \text{m}$ y el martes de $1\ \text{m}$. La figura compara el oleaje de los dos días.

1. a) Un corcho flota ambos días en la misma zona: describa su movimiento cada día y explique si llega hasta la orilla empujado por las olas.
2. b) ¿Qué día transportan más energía las olas? ¿Qué magnitud de la onda lo decide?
3. c) Relacione su respuesta con el hecho de que el martes los bañistas salgan despedidos por las olas y el lunes apenas las noten.

Una emisora de radio emite en FM a $100\ \text{MHz}$ y en AM a $1000\ \text{kHz}$.

1. a) Exprese ambas frecuencias en hercios con notación científica.
2. b) Calcule la longitud de onda de cada emisión (las ondas de radio viajan a $3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$).
3. c) Las ondas largas sortean mejor los obstáculos que las cortas: razone qué emisión llegará mejor a un pueblo escondido tras una montaña.

Usted quiere medir la velocidad de las ondas en una cubeta de agua del laboratorio y dispone de una regla, un cronómetro y un vibrador que genera ondas.

1. a) Explique qué dos magnitudes mediría y cómo lo haría con ese material.
2. b) Con el vibrador en marcha usted cuenta $20$ oscilaciones en $8\ \text{s}$ y mide $0,4\ \text{m}$ entre dos crestas: calcule la frecuencia y la velocidad de propagación.
3. c) Indique una fuente de error de su medida y una forma de reducirla.