Ejercicios: La naturaleza de las ondas: transferencia de energía

Un corcho flota en el mar y una serie de olas pasa por debajo camino a 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 lugar?
2. b) Si el agua no avanza con la ola, ¿qué es lo que sí llega hasta la orilla?

Clasificá cada una de estas ondas en mecánica (necesita un medio material para propagarse) o electromagnética (puede viajar por el vacío), y escribí 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 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) Explicá 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) Calculá la frecuencia $f$ del oleaje en hercios.
2. b) Explicá con tus palabras qué significa ese valor de la frecuencia.

Relacioná cada magnitud de una onda con su unidad en el Sistema Internacional y escribí las cuatro parejas completas. Decí 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: 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. Calculá 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) Calculá su período $T$.
2. b) Explicá qué significa el período 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) Calculá 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) Calculá la frecuencia del oleaje.
2. b) Calculá su velocidad de propagación.

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

1. a) Expresá su frecuencia en hercios.
2. b) Calculá el período del balanceo.

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

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

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

1. a) Expresá esa frecuencia en hercios, usando notación científica.
2. b) Calculá 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? Justificalo a partir de $v = \lambda \cdot f$.

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

1. a) Expresá su velocidad en $\text{m/s}$.
2. b) Expresá su período en segundos.
3. c) Calculá su longitud de onda y expresala 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: explicá 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, escribí el tiempo que tarda cada onda en llegar.
2. b) Planteá la ecuación $t_S - t_P = 50$ y calculá la distancia $d$ al foco.
3. c) Comprobá 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) Determiná la longitud de onda a partir de las posiciones de las crestas.
2. b) Indicá la amplitud de la onda.
3. c) Calculá 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) Calculá la longitud de onda en cada cuerda.
2. b) Indicá qué magnitud no cambia al pasar de una cuerda a la otra y cuáles sí.
3. c) Explicá por qué la frecuencia no puede cambiar en la unión: pensá 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) Calculá la frecuencia de la onda.
2. b) Calculá su velocidad de propagación.
3. c) Calculá su período.
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: describí su movimiento cada día y explicá 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) Relacioná 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) Expresá ambas frecuencias en hercios con notación científica.
2. b) Calculá 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: razoná qué emisión llegará mejor a un pueblo escondido tras una montaña.

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

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