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?

Clasifica cada una de estas ondas en mecánica (necesita un medio material para propagarse) o electromagnética (puede viajar por el vacío), y escribe 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 arriba y abajo el extremo de una cuerda y una onda avanza a lo largo de ella. Después empuja una espira de un muelle estirado y una compresión viaja por el muelle. La figura representa las dos ondas.

1. a) ¿Cuál de las dos ondas es transversal y cuál longitudinal?
2. b) Explica la diferencia fijándote 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, Aitana 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) Calcula la frecuencia $f$ del oleaje en hercios.
2. b) Explica con tus palabras qué significa ese valor de la frecuencia.

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

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

Unidades: hercio ($\text{Hz}$), 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. Calcula 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) Calcula su periodo $T$.
2. b) Explica 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) Calcula 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) Calcula la frecuencia del oleaje.
2. b) Calcula su velocidad de propagación.

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

1. a) Expresa su frecuencia en hercios.
2. b) Calcula el periodo del balanceo.

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

1. a) Calcula 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) Calcula su velocidad de propagación.
2. b) Si su frecuencia es de $0,5\ \text{Hz}$, calcula 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) Expresa la longitud de onda en metros.
2. b) Calcula la velocidad de propagación de las olas.

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

1. a) Expresa esa frecuencia en hercios, usando notación científica.
2. b) Calcula 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? Justifícalo 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) Expresa su velocidad en $\text{m/s}$.
2. b) Expresa su periodo en segundos.
3. c) Calcula su longitud de onda y exprésala 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: explica por qué los barcos apenas notan el tsunami en alta mar aunque transporte una energía gigantesca.

Los terremotos emiten ondas P (longitudinales) que viajan a $6\ \text{km/s}$ y ondas S (transversales) que viajan a $3\ \text{km/s}$. En una estación sísmica, la onda S llega $50\ \text{s}$ después que la P. El esquema muestra el foco del terremoto y la estación.

1. a) Si el foco del terremoto está a una distancia $d$ de la estación, escribe el tiempo que tarda cada onda en llegar.
2. b) Plantea la ecuación $t_S - t_P = 50$ y calcula la distancia $d$ al foco.
3. c) Comprueba el resultado calculando el tiempo de viaje de cada onda.

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) Determina la longitud de onda a partir de las posiciones de las crestas.
2. b) Indica la amplitud de la onda.
3. c) Calcula 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) Calcula la longitud de onda en cada cuerda.
2. b) Indica qué magnitud no cambia al pasar de una cuerda a la otra y cuáles sí.
3. c) Explica por qué la frecuencia no puede cambiar en la unión: piensa 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) Calcula la frecuencia de la onda.
2. b) Calcula su velocidad de propagación.
3. c) Calcula 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: describe su movimiento cada día y explica 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) Relaciona tu 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) Expresa ambas frecuencias en hercios con notación científica.
2. b) Calcula 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: razona qué emisión llegará mejor a un pueblo escondido tras una montaña.

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

1. a) Explica qué dos magnitudes medirías y cómo lo harías con ese material.
2. b) Con el vibrador en marcha cuentas $20$ oscilaciones en $8\ \text{s}$ y mides $0,4\ \text{m}$ entre dos crestas: calcula la frecuencia y la velocidad de propagación.
3. c) Indica una fuente de error de tu medida y una forma de reducirla.