SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL Ondas II: el sonido SGUICES002CB32-A16V1 Solucionario guía Ondas II: el sonido Ítem Alternativa Habilidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 B C A C E B C A E E E D D D B B E A C C D E D D D Reconocimiento Reconocimiento Aplicación ASE Reconocimiento Aplicación Comprensión Comprensión Aplicación ASE Aplicación Comprensión Comprensión Reconocimiento ASE Comprensión Aplicación Aplicación Aplicación Comprensión ASE Comprensión Comprensión Comprensión ASE Ítem Alternativa 1 B 2 C Defensa La intensidad de un sonido está relacionada con la energía que la onda sonora transporta y, por lo tanto, con su amplitud. Un sonido es más intenso cuando la amplitud de la onda sonora es mayor, y más débil cuando la amplitud es más pequeña. El ruido es cualquier sonido no deseado o aquel calificado como desagradable o molesto para quien lo percibe. Puede ser producido por sonidos de alta intensidad, como el despegue de un avión, o también por sonidos de bajo volumen pero que permanezcan en el tiempo, como el sonido de una llave goteando o el del segundero de un reloj, en medio de la noche. Por otro lado, el ruido puede ser producido por una mezcla de sonidos inarticulados e inarmónicos, como los que se generan al quebrarse un vidrio, pero también la más fina pieza de música puede transformarse en ruido para quien le desagrade o no desee escucharla. La contaminación acústica se define como la interferencia que provoca el ruido en las actividades que realizamos. La exposición prolongada al ruido puede producir enfermedades fisiológicas y psicológicas, como pérdida total o parcial del oído, estrés e insomnio, entre otras. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Verdadero 3 A Considerando que nos dan la frecuencia f y la rapidez de propagación v de la onda, y que nos piden su longitud de onda , entonces usamos la expresión v f v f Luego: m v 340 340 2[m] s 170 f 170[ Hz ] 4 C El efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia de una onda sonora, que un receptor percibe cuando existe movimiento entre él y la fuente emisora del sonido. Se produce cuando el observador y la fuente sonora se acercan o se alejan entre sí. Cuando la persona P del ejercicio comienza a moverse, lo hace en un círculo concéntrico alrededor de la fuente sonora, por lo que la distancia entre ambos permanece constante. Al no acercarse ni alejarse de la sirena, no se produce el efecto Doppler y la persona percibe el sonido con una frecuencia igual a la frecuencia emitida por la fuente, es decir, con una frecuencia f. 5 E 6 B La frecuencia de una onda es constante y no cambia aunque la onda se transmita a otro medio diferente. Sabemos que v f v f Luego, calculamos las longitudes de onda en el agua y en el aire. m v agua 1450 1450 7,25[m] s agua 200 f agua 200[ Hz] agua aire 5,55[m] m v aire 340 340 1,70[m] s aire 200 f aire 200[ Hz] 7 C El rango de audición humana se encuentra entre los 20 [Hz] y los 20.000 [Hz]. Las frecuencias fuera de este rango no son, en general, audibles por las personas. Aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es mayor a 20.000 [Hz] se denominan ultrasonidos y las que poseen una frecuencia menor a 20 [Hz] son llamadas infrasonidos. Por otro lado, como la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, las ondas de mayor longitud de onda corresponden a las de menor frecuencia, los infrasonidos, y las de menor longitud de onda corresponden a las ondas de mayor frecuencia, los ultrasonidos. 8 A Cuando existe movimiento entre el receptor de un sonido y la fuente emisora, la frecuencia percibida por el receptor varía respecto de la frecuencia real de la onda sonora. Si se acercan entre sí, la frecuencia percibida es mayor que la real. Si se alejan entre sí, la frecuencia percibida es menor. Este fenómeno se denomina “efecto Doppler”. En el ejercicio, la persona percibe un sonido de frecuencia 440 [Hz], menor que la frecuencia real del sonido emitido por el piano, de 494 [Hz]. Así, si la frecuencia percibida es menor que la real, la persona se aleja del piano. 9 E Sabemos que rapidez distancia , es decir, tiempo d d v t t v Luego m v sonido aire 340 s d 340 15 5.100[m] t 15[ s] 10 E El rango de audición humana está comprendido entre los 20 [Hz] (sonidos más graves posibles de escuchar) y los 20.000 [Hz] (sonidos más agudos que podemos percibir). m Considerando que la rapidez del sonido en el aire es 340 , al s calcular las longitudes de onda correspondientes obtenemos: Para 20.000 [Hz]: 340 0, 017[m] 1, 7[cm] (Sonido más agudo) 20.000 Para 20 [Hz]: 340 17[m] (Sonido más grave) 20 Así, todo λ menor a 1,7 [cm] corresponderá a un ultrasonido, y mayor a 17 [m] a un infrasonido. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero 11 E Recordando que v f v f y que la frecuencia de una onda es constante, aun cuando cambie de medio, entonces - En el aire m v aire 340 340 0, 77[m] 77[cm] s aire 440 f aire 440[ Hz ] - En el agua m vagua 1.450 1.450 3,3[m] s agua 440 f agua 440[ Hz ] Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero 12 D La intensidad o volumen del sonido depende de la amplitud de la onda sonora; por lo tanto, una persona situada a la misma distancia de ambos instrumentos escuchará con mayor intensidad el sonido emitido por el clarinete. Si la persona se aleja de los instrumentos, la intensidad de los sonidos (volumen) disminuirá al aumentar la distancia que separa al receptor de los emisores. Este efecto se denomina “atenuación” del sonido. Si ambos instrumentos emiten sonidos de igual tono, significa que sus frecuencias son las mismas; si las frecuencias son las mismas, están tocando la misma nota musical. Por último, los timbres de los sonidos son diferentes, por ser sonidos emitidos por cuerpos (instrumentos) distintos. Debido a esto último, la alternativa incorrecta es la D. 13 D En las ondas la frecuencia y la longitud de onda son características inversamente proporcionales, es decir, mientras mayor sea una, menor es la otra. La flauta produce un sonido muy agudo, lo que implica una frecuencia muy alta y, por lo tanto, una pequeña longitud de onda. La tuba, por el contrario, produce un sonido muy grave, lo que implica una baja frecuencia y, por lo tanto, una longitud de onda larga. La velocidad del sonido es constante en un mismo medio, independientemente de la frecuencia que posea, por lo cual en el aire la rapidez de propagación de los sonidos emitidos por la flauta y por la tuba es la misma. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso 14 D El oído se divide en tres partes: oído externo, oído medio y oído interno. El pabellón auricular (oreja) es un pliegue prominente de piel sostenido por cartílago, que forma parte del oído externo. El oído medio es una cavidad llena de aire que contiene numerosos elementos anatómicos, que se encuentra en el hueso temporal del cráneo. Forman parte del oído medio: el tímpano, la cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo), la trompa de Eustaquio y la ventana oval. La trompa de Eustaquio es un conducto que comunica el oído medio con la porción nasal de la faringe. Su función es igualar la presión a ambos lados del tímpano, protegiendo las delicadas estructuras internas del oído de los cambios bruscos de presión. Normalmente se encuentra cerrada y se abre durante la deglución y el bostezo. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero 15 B Cuando una onda longitudinal se desplaza por un medio, como las que se muestran en el ejercicio, se pueden reconocer fácilmente las zonas de compresión (en donde las partículas del medio se encuentran más juntas) y las zonas de rarefacción (en donde las partículas se encuentran más separadas); entre dos zonas de compresión (o entre dos de rarefacción) se verifica una longitud de onda, tal como se muestra en la siguiente figura. De acuerdo a lo anterior, en la figura la onda A muestra 4 ciclos, mientras que la onda B muestra solo 3, en un mismo intervalo de tiempo. Así, podemos verificar que: I) Falso. El periodo se puede calcular como T tiempo nº de ondas Luego, si el tiempo es el mismo para ambas ondas, pero el número de ondas o ciclos de A es mayor que el de B, entonces el periodo de la onda A es menor que el de B. II) Verdadero. La frecuencia es el número de ondas que se observan en un intervalo de tiempo y se relaciona con el tono del sonido; frecuencias menores corresponden a tonos más graves. Como el número de ondas de B (3) es menor que el número de ondas de A (4), en un mismo intervalo de tiempo, significa que la frecuencia de B es menor y, por lo tanto, corresponde a un sonido de tono más grave que A. III) Falso. Al ser dos ondas del mismo tipo (sonido) y propagarse por un mismo medio, la rapidez de propagación de ambas es la misma, independientemente de la frecuencia que las ondas posean. 16 B La velocidad del sonido es constante en un mismo medio, independientemente de la frecuencia que el sonido posea. Por lo tanto, las tres notas musicales emitidas por el flautista viajarán por el aire con la misma velocidad. Como en todas las ondas la frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales, tres ondas de frecuencias distintas tendrán longitudes de onda diferentes. La frecuencia de una onda se mantiene constante, no importando que la onda se transmita a otro medio distinto. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Falso 17 E I) Verdadero. La longitud de un pulso de P (distancia entre tres nodos) es mayor que la longitud de un pulso de Q. II) Verdadero. El número de ondas (pulsos) de M es mayor que el número de ondas de R, en el mismo intervalo de tiempo; por lo tanto, la frecuencia de M es mayor que la de R y, por consiguiente, el sonido M es más agudo que el sonido R. III) Verdadero. La onda de sonido Q tiene un menor número de pulsos que la onda de sonido M, en el mismo intervalo de tiempo. Posee, por tanto, menor frecuencia y corresponde, en consecuencia, a un sonido más grave. 18 A A medida que las ondas sonoras entran al oído se desplazan a lo largo del canal auditivo externo y hacen vibrar el tímpano. La parte central del tímpano está conectada a un huesecillo del oído medio llamado martillo, que cuando vibra junto con el tímpano transmite el movimiento a otros dos huesecillos, el yunque y el estribo. A medida que el estribo se mueve, empuja una estructura llamada ventana oval, haciéndola también vibrar. Esta acción es transmitida entonces hacia la cóclea, una estructura llena de fluido parecida a un caracol, que contiene pequeñas células (como pequeños pelitos) que, al vibrar junto con el fluido de la cóclea, convierten el movimiento en impulsos nerviosos, que son finalmente enviados al cerebro a través del nervio auditivo. Por lo tanto, la respuesta correcta es la A. 19 C El problema se relaciona con el efecto Doppler. El efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia de una onda sonora, que un receptor percibe cuando existe movimiento entre él y la fuente emisora del sonido. Es decir, se produce cuando el observador y la fuente sonora se acercan o se alejan entre sí. Como en el ejercicio el receptor y el emisor del sonido se alejan entre sí, la frecuencia percibida por el receptor está dada por v v f f0 S R vS vF En donde f es la frecuencia percibida por el receptor. f0 vs vR vF es la frecuencia real emitida por la fuente. es la rapidez del sonido en el medio de propagación. es la rapidez con la que se desplaza el receptor. es la rapidez con la que se mueve la fuente emisora. Así, considerando los datos del enunciado, obtenemos f 0 270[ Hz ] m vS 340 s 340 0 m f 270 245[ Hz ] vR 0 340 34 s m vF 34 s 20 C Cuando el emisor y el receptor de un sonido se acercan entre sí, debido al efecto Doppler la frecuencia del sonido percibida por el receptor es mayor que la frecuencia real del sonido emitido por la fuente. Por lo tanto: f1 > f. Cuando el emisor y el receptor se alejan, la frecuencia que percibe el receptor es menor que la frecuencia real del sonido emitido por la fuente. Por lo tanto: f > f2. Por consiguiente: f1 > f > f2. 21 D Como el avión se mueve con la misma rapidez que el sonido, y debido a que pasa por el lugar justo en el momento del disparo, a partir del instante t2 comienza a desplazarse junto con la onda sonora, tal como lo muestra la figura. Debido a que el piloto “viaja con la perturbación en el aire” producida por la onda sonora, percibe el estruendo del disparo como un sonido continuo, que lo acompaña mientras se desplaza en su avión. Sin embargo, a medida que el sonido (y el avión) avanza, su intensidad va decreciendo (va perdiendo energía) como consecuencia de la vibración que la onda sonora produce en las partículas del aire, fenómeno llamado “atenuación”. Esto produce que la intensidad del sonido percibido por el piloto disminuya en el tiempo. Así, a partir del instante t2 el piloto percibe el estruendo del disparo como un sonido continuo, que disminuye en intensidad mientras vuela. 22 E 23 D 24 D En las calles de las grandes ciudades la contaminación acústica es un problema relacionado, principalmente, con la intensidad de los sonidos y, por lo tanto, con la amplitud de las ondas sonoras. Sin embargo, la contaminación acústica es un concepto bastante más amplio y se relaciona con aquellos sonidos “molestos” para las personas, aun cuando no sean necesariamente sonidos de alto volumen. Considerando que una hipótesis es una proposición formulada a través de la recolección de información, aunque no esté confirmada, y que sirve para responder un problema con base científica. La única opción correcta es la D) pues con ella se puede establecer que la vibración generada al golpear el tarro viaja a través del aire hasta el pandero, provocando la vibración de la tela y el posterior movimiento experimentado por el azúcar. Como la onda de sonido emitida por el cantante no cambia de medio de propagación (el aire), su velocidad no varía, pues esta no depende de la frecuencia que la onda posea. Siendo la frecuencia y la longitud de onda inversamente proporcionales, al aumentar la frecuencia de la onda al doble, su longitud de onda disminuye a la mitad. Si la frecuencia de la onda sonora aumenta, el tono del sonido se percibe más agudo. Como la frecuencia y el periodo de una onda son inversamente proporcionales, al aumentar la frecuencia al doble, el periodo de la onda disminuye a la mitad. 25 D El aparente cambio en el tono de un sonido, percibido por un receptor en movimiento respecto de la fuente sonora (efecto Doppler), dependerá de si se acercan o se alejan entre sí, como también de la rapidez relativa entre ellos; si se acercan, el tono del sonido percibido por el receptor es mayor que el real (percibe una onda sonora de mayor frecuencia). Si se alejan, el tono del sonido percibido es menor que el real (se percibe una onda sonora de menor frecuencia). Si la rapidez de acercamiento o alejamiento aumenta, el efecto se acentúa. En el ejercicio, Alejandro y Franco se mueven con la misma rapidez y ambos acercándose a la fuente sonora, por lo que perciben el sonido de la sirena de un tono mayor que el real, pero ambos perciben lo mismo. Así, Alejandro y Franco perciben ondas sonoras de igual frecuencia, aunque esta es mayor que la frecuencia real (340 Hz) de la onda sonora emitida por la sirena. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso