645227101.FISICA BIOLOGICA TPN 7 ONDAS

LICENCIATURA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA
FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
LICENCIATURA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA
FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7
ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
Ing. RONIO GUAYCOCHEA
Ing. MARCO DE NARDI
Ing. ESTEBAN LEDROZ
Ing. THELMA AURORA ZANON
AÑO 2014
Ing. Esteban Ledroz – Ing. Ronio Guaycochea
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
1. ¿Que es una Onda Mecánica?:
Es una perturbación que viaja por un material o sustancia que es un medio de la onda.
2.
¿Qué entiende por movimiento ondulatorio?
El movimiento ondulatorio puede ser visto con una alteración (momentánea) del estado de equilibrio
(perturbación) de las partículas que forman el medio.
En cada caso el movimiento ondulatorio es una alteración del estado de equilibrio que viaja de una
región del medio a otra y siempre hay fuerzas que tienden a restablecer el sistema a su estado de
equilibrio.
En general la perturbación se propaga a una rapidez debida: rapidez de la onda.
3.
¿Qué entiende por rapidez (velocidad) de la onda?
Note que la rapidez (velocidad) de la onda, no es la rapidez del movimiento de las partículas del medio,
sino la velocidad de propagación de la perturbación
4.
Movimiento oscilatorio armónico
Onda sinusoidal
a) ¿A que se denomina onda sinusoidal?
Se llama sinusoide la curva que representa gráficamente la función seno
b) Indique Amplitud
Es el máximo alejamiento en el valor absoluto de la curva medida desde el eje x, se indica con la letra A
c) Indique y defina Longitud de onda:
Es una distancia. Es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado
intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de
alguna propiedad física de la onda. La longitud de onda se mide en metros en unidades del Sistema
Internacional, se indica la letra  (lambda)
d) Defina Periodo
Periodo es el tiempo que tarda la onda en cumplir un ciclo completo, se indica con la letra T
Unidades: la unidad del periodo es 1/seg
e) Indique y defina frecuencia
Es el número de ciclos de una onda por segundo y es la inversa del periodo
f 
n de ciclos
tiempo
f 
n
t
 1 

 
 seg 
f 
1
T
f) Escribir las formulas de velocidades de onda y su relación con , v, T
En una onda sinusoidal de frecuencia f y periodo T, la longitud de onda viene dada por la expresión
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
v
f
como f 
v  f
 v
1
T
   vT

T
Donde v es la velocidad de propagación de la onda. En el caso de ondas electromagnéticas
propagándose en el vacío, la velocidad de propagación es la velocidad de la luz; en el caso de ondas de
sonido, es la velocidad del sonido (331,5 m/seg en aire)
g)
en donde “ ” es la longitud de onda y “ ” es la frecuencia, establecer:
h)
la relación entre la “ ” y la “ ”  
i)
j)
v
f
la relación entre la “ ” y la “ ” Idem v    f

la relación entre la “ ” y la “T ” v 
T

A
90º
p
180º
2p
270º
(3/2) p
360º
2p
Onda sinusoidal
t

T
Onda sinusoidal
elementos que componen una onda sinusoidal
A: Amplitud (dB en el caso de sonido)
T: Periodo (1/seg)
: Longitud de onda (m)
5. Frecuencia de un sonido
La frecuencia de un sonido es el número de ciclos de una onda de sonido en un segundo. La unidad de
medición es el hertzio ( o hercio) (Hz). La frecuencia de un sonido aumenta a medida que se incrementa
el número de ciclos. Las vibraciones entre 20 y 20.000 ciclos por segundo los interpreta como sonido
una persona sana. Un sonido agudo podría ser un flautín o el canto de un pájaro. Los sonidos graves
podrían ser el sonido de un trueno desde lejos o los tonos de un bajo.
6.
Reflexión, refracción de una onda
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Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios con diferentes índices de refracción (n2 > n1). Como
la velocidad de fase es menor en el segundo medio (v2 < v1), el ángulo de refracción θ2 es menor que el
ángulo de incidencia θ1; esto es, el rayo en el medio de índice mayor es cercano al vector normal.
Ejemplo
n1  1 aire 1  45  2  40
Calcular el indice de regracion n2
n1  seno1  n2  seno 2
1  seno 45  n2  seno 40
n2 
Material
Vacío
Aire (*)
Agua
Acetaldehído
Solución de azúcar (30%)
1-butanol (a 20 °C)
Glicerina
Heptanol (a 25 °C)
Solución de azúcar (80%)
Benceno (a 20 °C)
Metanol (a 20 °C)
Cuarzo
Vidrio (corriente)
Disulfuro de carbono
Cloruro de sodio
Diamante
1  seno 45
 1,1
seno 40
Índice de
refracción
1
1,0002926
1,333
1,35
1,38
1,399
1,473
1,423
1,52
1,501
1,329
1,544
1,52
1,6295
1,544
2,42
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7. ¿Qué es el sonido?
El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para que se genere un sonido es
necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios
elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. La fonética acústica concentra su
interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden
describir gráfica y/o cuantitativamente.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas
mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se
producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que se producen cuando las oscilaciones de
la presión del aire, son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas
por
el
cerebro.
8. Magnitudes físicas del sonido.
Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides
con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida
que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (λ), frecuencia (f) o inversa del
período (T), amplitud (que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que
confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición
de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda
con respecto a otra.
9. Velocidades del sonido
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es
mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o
moleculares conforme más sólida es la materia.
La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/seg = 1234,8 km/h.
En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s (por cada grado centígrado que sube la
temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)
En el agua (a 25 °C) es de 1493 m/s.
En la madera es de 3700 m/s.
En el hormigón es de 4000 m/s.
En el acero es de 6100 m/s.
En el aluminio es de 6400 m/s.
Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente, a partir de las unidades físicas medibles de una
fuente sonora, se define el nivel de potencia, LW en decibelios, y para ello se relaciona la potencia de la
fuente del sonido a estudiar con la potencia de otra fuente cuyo sonido esté en el umbral de audición,
por la fórmula siguiente:
W 
 W 
LW  10  log 10  1  (dB)  10  10  log 10  112  (dB)
 10 
 W0 
En donde W1 es la potencia a estudiar, en vatios (variable), W0 es el valor de referencia, igual
a W0  10 12 (W / m 2 ) que es el umbral de la audición humana, y
es el logaritmo en base 10 de
la relación entre estas dos potencias.
Las ondas de sonido producen un aumento de presión en el aire, luego otra manera de medir físicamente
el sonido es en unidades de presión Pa (pascales). Y puede definirse el nivel de presión,, LP que también
se mide en decibelios.
 P12 
P1


LP  10  Log10  2  (dB)  20  Log10 
 (dB)
6
 20  10 
 P0 
En donde P1 es la presión del sonido a estudiar, y P0 es el valor de referencia, que para sonido en el aire
es igual a , 20  10 6 Pa o sea 20 micropascales (20 μPa, donde Pa = pascal, unidad de presión del
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Sistema Internacional de unidades). Este valor de referencia se aproxima al umbral de audición en el
aire.
10. Ejemplos de distintas intensidades de sonido expresadas en dB(HL.):
FUENTES DE SONIDO
Umbral de audición
Susurro, respiración normal, pisadas suaves
Rumor de las hojas en el campo al aire libre
Murmullo, oleaje suave en la costa
Biblioteca, habitación en silencio
Tráfico ligero, conversación normal
Oficina grande en horario de trabajo
Conversación en voz muy alta, gritería, tráfico intenso de ciudad
Timbre, camión pesado moviéndose
Aspiradora funcionando, maquinaria de una fábrica trabajando
Banda de música rock
Claxon de un coche, explosión de petardos o cohetes empleados en pirotecnia
Umbral del dolor
Martillo neumático (de aire)
Avión de reacción durante el despegue
Motor de un cohete espacial durante el despegue
DECIBELES
(dB)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
180
11. Que es el ultrasonido?
El ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del umbral de audición
del oído humano (aproximadamente 20.000 Hz).
Los sonidos producidos son audibles por un ser humano promedio si la frecuencia de oscilación está
comprendida entre 20 Hz (hercios ) y 20 000 HZ (hercios) o 20 KZ (kilo hercios) Por encima de esta
última frecuencia se tiene un ultrasonido no audible por los seres humanos, aunque algunos animales
pueden oír ultrasonidos inaudibles por los seres humanos.
12. Explique el fenómeno de difracción de una onda al interponer en el camino de una onda plana
una barrera con una abertura
Difracción: Al interponer en el camino de una onda plana una barrera con una abertura, las
vibraciones procedentes de los puntos que están a ambos lados de la abertura no pueden avanzar y
detrás de la barrera sólo se observa el envolvente de las ondas que proceden de los focos secundarios
que caben por la abertura. En consecuencia, los frentes de onda dejan de ser planos y adquieren una
forma curvada o semicircular. Este fenómeno se llama difracción.
Para que se observe bien la difracción es necesario que la rendija sea del mismo tamaño o menor que la
longitud de onda. Si es mayor, la curvatura de los frentes de onda se produce únicamente en los bordes y
puede llegar a no apreciarse, tal como se indica en los dibujos adjuntos.
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13. Unidad de medición del sonido
El sonido se prepaga en forma tridimensional, lo que significa una dimensión esférica y dado que el oído
humano cubre un rango de frecuencias en el orden de 20 a 20.000 Hz, se estableció el concepto de
intensidad relativa, definida en escala logarítmica y cuya unidad es el “Bel”.
 I 

I
 0
  Log 
Intensidad de la mínima frecuencia audible,
I 0  10 12 (W / m 2 )
Decibelio (dB)
El termino dB (decibelio) y la escala de dB se utilizan en todo el mundo para medir los niveles de
sonido. La escala de decibelios es una escala logarítmica en la que el doble de la presión de sonido
corresponde a un aumento del nivel de 6 dB.
14. El siguiente diagrama de audibilidad indica límites de las diferentes sensaciones auditivas:
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
15. Que son los Sonidos graves?
Son los sonidos de baja frecuencia del espectro audible, por lo general son sonidos que están a menos de
5 KHz.
16. Sonidos los sonidos agudos?
Generalmente los sonidos por encima de 5 kHz son considerados agudos.
El umbral de audibilidad correspondiente a 1000 Hz.
17. Explique el Efecto Doppler
Si la fuente sonora está en movimiento, la percepción del sonido va a ser más aguda a medida que la
fuente se acerca al observador; mientras que va a ser más grave cuando la fuente se aleja.
fR 
fR 
VS  VR   f E
VS
Receptor Móvil
VS  f E
Emisor Móvil
(VS  VE )
+ = Cuando la velocidad del emisor tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido al receptor
- = Cuando la velocidad del emisor tiene distinto sentido que la velocidad del sonido al receptor
fR= Frecuencia del receptor
VS = Velocidad del sonido
VR = Velocidad del receptor
VE = Velocidad del emisor
fE = Frecuencia del emisor
Nota: 3,6 Km/hs = 1 m/seg
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PROBLEMAS
ONDAS
Problema 1.
El edificio Sears, ubicado en Chicago, se mece con una frecuencia aproximada a 0,10 Hz. ¿Cuál
es el periodo de la vibración?
Datos:
f = 0,1 [Hz]
T=?
Solución:
Problema 2.
Un péndulo realiza 10 oscilaciones en un tiempo de 24 segundos, ¿cuál será su periodo y su
frecuencia?
Solución
Frecuencia
La frecuencia de un sonido es el número de ciclos por segundo
10 [ciclos ]
f 
 0,416 [ciclos/se g]
24 [ seg ]
T
1
1
 T
 2,4 [seg/ciclo ]
f
0,416 [ciclos/se g]
Problema 3.
Una ola en el océano tiene una longitud de 10 m. Una onda pasa por una determinada posición
fija cada 2 s. ¿Cuál es la velocidad de la onda?
Datos:
λ = 10 [m]
T = 2 [s]
v=?
Solución:
Problema 4.
Ondas de agua en un plato poco profundo tienen 6 cm de longitud. En un punto, las ondas
oscilan hacia arriba y hacia abajo a una razón de 4,8 oscilaciones por segundo. a) ¿Cuál es la
rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es el periodo de las ondas?
Datos:
λ = 6 [cm]
f = 4,8 [Hz]
v=?
T=?
Solución:
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Problema 5.
Ondas de agua en un lago viajan a 4,4 m en 1,8 s. El periodo de oscilación es de 1,2 s. a) ¿Cuál
es la rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es la longitud de onda de las ondas?
Datos:
d = 4,4 [m]
t = 1,8 [s]
T = 1,2 [s]
v=?
λ=?
Solución:
Problema 6.
La frecuencia de la luz amarilla es de 5x1014 Hz. Encuentre su longitud de onda.
Datos
La velocidad de la luz es de 300.000 Km/seg = 3x108 m/seg
Solución
V

T
V

f
 V  f
 
300000 00 [m / seg ]
 6  10 -8 m
5  1014 [1 / seg ]
Problema 7.
Se emiten señales de radio AM, entre los 550 kHz hasta los 1.600 kHz, y se propagan a 3x108
m/s. a) ¿Cuál es el rango de las longitudes de onda de tales señales?, b) El rango de frecuencia
para las señales en FM está entre los 88 MHz y los 108 MHz y se propagan a la misma
velocidad, ¿cuál es su rango de longitudes de onda?
Solución
a)
f1  550000 Hz
f 2  1600000 Hz v  3  10 8 m / seg
1 
v 3  10 8 [m / seg ]

 545,45 m
f1 550000 [1 / seg ]
3  10 8 [m / seg ]
v
2  
 187,5 m
f1 1600000 [1 / seg ]
b)
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
f1  88  10 6 Hz
1 
f 2  108  10 6 Hz v  3  10 8 m / seg
3  10 8 [m / seg ]
v

 3,41 m
f1 88  10 6 [1 / seg ]
3  10 8 [m / seg ]
v
2  
 2,77 m
f1
108  10 6 [1 / seg ]
SONIDO
Problema 8.
1 - Un sonido de 40 db y 50 Hz, ¿es audible? NO
2 - Un sonido de 40 db y 200 Hz, ¿es audible? SI
3 - Un sonido de 40 db y 5 KHz, ¿es audible? SI
4 - Un sonido de 40 db y 7000 Hz, ¿es audible? SI
5 - Un sonido de 40 db y 20000 Hz, ¿es audible? NO
6 - Un sonido de 20 db y 200 Hz, ¿es audible? NO
7 - Un sonido de 20 db y 25 KHz, ¿es audible? NO es el rango de ultrasonido
La sirena de una ambulancia emite un sonido de 2000 Hz. Responder los ítems 5 y 6.
Se utilizará el diagrama de frecuencias e intensidades
1
2
3
4
5
1 - Un sonido de 40 db y
audible? NO
2 - Un sonido de 40 db y
¿es audible? SI
3 - Un sonido de 40 db y
¿es audible? SI
4 - Un sonido de 40 db y
¿es audible? SI
5 - Un sonido de 40 db y
¿es audible? NO
6 - Un sonido de 20 db y
¿es audible? NO
50 Hz, ¿es
200 Hz,
5 KHz,
7000 Hz,
20000 Hz,
200 Hz,
6
50 Hz
200 Hz
20 KHz
20000 Hz
5 KHz
5000 Hz
7 KHz
7000 Hz
10 KHz
10000 Hz
Problema 9.
El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20000 Hz.
Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en el aire con la
velocidad de 330 m/s.
Solución
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f1  20 Hz
f 2  20000 Hz v  330 m / seg
1 
v 330 [m / seg ]

 16,5 m
f1
20 [1 / seg ]
2 
330 [m / seg ]
v

 0,0165 m
f1 20000 [1 / seg ]
Problema 10.
Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 750 hertz y produce ondas de 2 m.
¿Con qué velocidad se propaga el sonido en el agua?
Solución
 2m
f  750 Hz
v f
 v  2 [m]  750 [1 / seg ]  1500 [m / seg ]
Problema 11.
¿Con qué frecuencia se percibe cuando se acerca a una velocidad de 60 km/h? La sirena de una
ambulancia emite un sonido de 2000 Hz.
Nota: 3,6 Km/hs = 1 m/seg Nota: 3,6 Km/hs = 1 m/seg
+ = Cuando la velocidad del emisor tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido al
receptor
60
VE 
 16,67 m/s
3,6
V  VR   f E
fR  S
Receptor Móvil
VS
fR 
VS  f E
Emisor Móvil
(VS  VE )
En este caso es Emisor Móvil y tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido
Velocidad Emisor = 60 Km/h
f = 2000 Hz
Receptor
Velocidad sonido = 331 m/seg
Emisor
VS  331 m / s
fR 
VS  f E
331(m / seg )  2000 Hz

 1904,1 Hz  1,9KHz
(VS  VE ) (331  16,67) (m / seg )
Problema 12.
¿Y cuándo se aleja a esa misma velocidad?
- = Cuando la velocidad del emisor tiene distinto sentido que la velocidad del sonido al receptor
VS  331 m / s
fR 
VS  f E
331(m / seg )  2000 Hz

 2106,066 Hz  2,106 KHz
(VS  VE ) (331  16,67) (m / seg )
Velocidad sonido = 331 m/seg
Receptor
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f = 2000 Hz
Emisor
Velocidad Emisor = 60 Km/h
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Problema 13.
¿Con qué frecuencia se recibe un sonido de 1800 Hz cuando el receptor se acerca a una
velocidad de 70 Km/h hacia la fuente que los produce?
V  VR   f E
fR  S
Receptor Móvil
VS
+ = Cuando la velocidad del emisor tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido al
receptor
- = Cuando la velocidad del emisor tiene distinto sentido que la velocidad del sonido al
receptor
Velocidad sonido = 331 m/seg
f = 1800 Hz
Velocidad Receptor = 70 Km/h
Emisor Fijo
Receptor Movil
70 Km / h
 19,44 m/seg
3,6
f E  1800 Hz
vR 
fR  ?
331  19,44(m / seg )  1800Hz  1694,28 Hz  1,694 KHz
fR 
331(m / seg )
Problema 14.
Calcule la frecuencia con la que percibe un policía la alarma de un banco si se aproxima en su
coche a una velocidad de 120 km/h, siendo que la frecuencia a la que emite la alarma es de 750
Hz.
Es un caso de receptor móvil que se acerca a la fuente emisora
120 Km / h
vR 
 33,33 m/seg
3,6
Velocidad sonido = 331 m/seg
f = 750 Hz
Velocidad Receptor = 120 Km/h
Emisor Fijo
Receptor Movil
fR 
331  33,33(m / seg )  750Hz  674,47 Hz
331(m / seg )
 0,674 KHz
Problema 15.
Una fuente sonora que emite un sonido de 380 Hz se acerca con una velocidad de 25 m/s hacia
un observador que se encuentra en reposo. ¿Cuál es la frecuencia detectada por el observador?
Velocidad sonido = 331 m/seg
f = 380 Hz
Velocidad Receptor = 25 m/seg
Receptor Fijo
fR 
Emisor Movil
VS  f E
Emisor Móvil
(VS  VE )
+ = Cuando la velocidad del emisor tiene el mismo sentido que la velocidad del sonido al
receptor
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fR 
331(m / seg )  380Hz
 353,31Hz  0,353 KHz
(331  25) (m / seg )
Problema 16.
Un rayo, producto de una descarga atmosférica, es observado por una persona y lo escucha 10
seg después, a que distancia se produjo el rayo del observador?
Rayo descarga
atmosferica
Observador
Distancia
x = Vs.t
x = Espacio recorrido (m)
t = Tiempo (seg)
vS = Velocidad del sonido (m/seg)
vS 
x
t
 x  vS  t  x  331(m / seg )  10 ( seg )  3310 m
Problema 17.
Un rayo, producto de una descarga atmosférica, cae en un determinado lugar, a que distancia
debe estar ubicada una persona para que sea escuchado 8 seg después.
x
v
 x  v  t  x  331(m / seg )  8 ( seg )  2648 m
t
Problema 18.
Niveles de sonido, en base a los diagrama e información complementaria. Establezca:
a) Umbral de audición,
b) Umbral toxico
c) Umbral de dolor
El “umbral de audición” representa la cantidad mínima de sonido o de vibraciones por segundo
requeridas para que el sonido lo pueda percibir el oído humano. Ese número de vibraciones se
corresponde con una frecuencia aproximada de 1 kHz (10-12 W/m2).
Un sonido de 70 dB produce efectos psicológicos negativos en tareas que requieren concentración y
atención, mientras que entre 80 y 90 dB puede producir reacciones de estrés, cansancio y alteración del
sueño.
Los ruidos entre 100 y 110 dB, denominado “umbral tóxico”, pueden llegar a ocasionar lesiones del
oído medio
Los ruidos superiores a los 120 dB entran en el denominado “umbral del dolor”, es decir, son ruidos
insoportables que provocan sensación de dolor en el oído humano. Son sonidos que superan 1 W/m2.
El oído es un órgano del cuerpo humano muy sensible y avanzado. La tarea principal del oído es
detectar y analizar los ruidos mediante el proceso de transducción. Otra función muy importante del
oído es la de mantener el sentido del equilibrio.
La mejor forma de describir el funcionamiento del oído es mostrando la ruta que siguen las ondas
sonoras en su trayectoria a través de este órgano. El oído se divide en tres partes principales:
Problema 19.
Cierta fuente puntual emite ondas sonoras de 80 W de potencia. Calcula la intensidad de las
ondas a 3,5 m de la fuente.
Solución
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
El umbral de audición del oído del ser humano es de I0 = 1 10 12 [W / m 2 ]
La ondas sonoras se propagan uniformemente en todas direcciones en forma esférica
La superficie de una esfera es S  4  p  r 2
80 [W ]
P
I
I
 0,519 [W/m 2 ]
2
2
2
4 p  r
4  p  (3,5) [m ]
 I
SL  10  Log 
 I0



 0,519 [W / m 2 ] 
  117,15 dB
SL  10  Log 
12
2 
1

10
[
W
/
m
]


Que resulta un valor muy alto para el oído humano
Problema 20.
Dos altavoces que emite a la misma frecuencia están separados 1,4 m entre sí. A 3 m sobre la
perpendicular trazada desde el punto medio entre los altavoces se encuentra un micrófono. Se
hace girar el micrófono y se encuentra el 1ª máximo cuando el ángulo girado es de 15º ¿A qué
frecuencia emiten los altavoces?
Problema 21.
Un tubo de órgano abierto en los dos extremos tiene dos armónicos sucesivos con frecuencias de
240 y 280 Hz ¿Cuál es la longitud del tubo?
La longitud de onda correspondiente a los distintos armónicos, en un tubo con los extremos
abiertos, es:
ln = 2L/n siendo n = 0,1,2,3.0….
La frecuencia de dos armónicos sucesivos es
vn
fn 
2 L
v  (n  1)
fn  1 
2 L
Siendo v la velocidad de propagación
Relación de frecuencias
280 n  1

240
n
280  n  240  (n  1)
280  n  240  n  240
280  n  240  n  240
40  n  240
240
6
40
Suponiendo que la velocidad del sonido en el aire es 340 m/seg
suponiendo que la velocidad del sonido es v = 340 ms-1 la longitud de onda del sexto armónico
es:
n
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
340 2  L

240
6
de donde la longitud del tubo es :
L
340  6
 4,25 m
240  2
Problema 22.
En época de lluvia, es muy común que de momento se observa una luz brillante y
posteriormente el trueno. ¿A qué distancia se produce un rayo? Si al observar el relámpago de
luz, cuatro segundos después se escucha el trueno.
Datos
t = 4 seg
Velocidad del sonido en el aire v = 330 m/seg
Velocidad de la luz v = 3x108 m/seg
Solución
Se considera la luz del rayo llega al ojo humano en forma instantánea
Se considera solo la velocidad del sonido que se propaga a velocidad constante
x
v
 x  v  t  x  330[m / seg ]  4 [ seg ]  1320[m]
t
Problema 23.
Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 1360 m,
¿en qué tiempo se escucharía el trueno? Si el sonido ahora viaja por agua.
Solución
La velocidad del sonido en el agua es de es de 1493 [m/s].
1360 [m]
x
x
v
 t
 t
 0,91[seg]
t
v
1493[m / seg ]
Problema 24.
Una tubería de acero es golpeada a una distancia de 3.2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto
donde se escucha en 0.53 segundos ¿a qué velocidad viaja el sonido?
3200 [m]
x
v
 v
 6037,73 [m/seg]
t
0,53[ seg ]
Problema 25.
El sonido de una cuerda indica un tono de DO si la frecuencia de éste es de 261 Hertz. Y se
transmite en el aire ¿cuál será la longitud de onda?
Solución
330 [m / seg ]
v

 
 1,37 [m]
f
261[1 / seg ]
Problema 26.
Describa las distintas partes que componen el oido humano y las funciones que desempañan.
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
El oído humano es un sistema de análisis de sonidos extraordinariamente complejo, que es capaz de
percibir sonidos en una gama muy amplia de intensidades y frecuencias. El oído consta de tres partes: el
oído externo, el oído medio, el oído interno. El oído externo capta los sonidos gracias al Pabellon
Auricular. Las vibraciones sonoras se transmiten a través del conducto auditivo, del oido externo al
Tímpano haciéndolo vibrar. El tímpano esta conectado a una cadena de tres huecesillos, (martillo,
yunque y estribo) en el oído medio. El oído medio intensifica la energía de las vibraciones sonoras y las
transmite a la coclea (oído interno). Las vibraciones sonoras que entran a la coclea, un caracol relleno de
un liquido denso, producen una onda que viaja a través de la coclea y viaja a través de ella. Esta onda
hace vibrar la membrana basilar, en la cual se encuentran miles de células, minúsculas, llamadas células
ciliadas, que registran las diferentes frecuencias sonoras. Las célula ciliadas que están conectadas a las
fibras del nervio auditivo, producen señales electroquímicas que son transmitidas a través del nervio
auditivo hasta el cerebro, donde se reconocen los sonidos.
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
TRABAJO PRACTICO A ENTREGAR POR ELUMNO
PROBLEMAS
ONDAS
Problema 1.
Un edifico se mece con una frecuencia aproximada a 0,15 Hz. ¿Cuál es el periodo de la
vibración?
Problema 2.
Un péndulo realiza 15 oscilaciones en un tiempo de 25 segundos, ¿cuál será su periodo y su
frecuencia?
Problema 3.
Una ola en el océano tiene una longitud de 8 m. Una onda pasa por una determinada posición
fija cada 2,2 s. ¿Cuál es la velocidad de la onda?
Problema 4.
Ondas de agua en un plato poco profundo tienen 4 cm de longitud. En un punto, las ondas
oscilan hacia arriba y hacia abajo a una razón de 4,2 oscilaciones por segundo. a) ¿Cuál es la
rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es el periodo de las ondas?
Problema 5.
Ondas de agua en un lago viajan a 4,2 m en 1,6 s. El periodo de oscilación es de 1,1 s. a) ¿Cuál
es la rapidez de las ondas?, b) ¿cuál es la longitud de onda de las ondas?
Problema 6.
La frecuencia de cierta luz amarilla es de 5x1013 Hz. Encuentre su longitud de onda.
La velocidad de la luz es de 300.000 Km/seg = 3x108 m/seg
Problema 7.
Se emiten señales de radio AM, entre los 560 kHz hasta los 1.700 kHz, y se propagan a 3,5x108
m/s. a) ¿Cuál es el rango de las longitudes de onda de tales señales?, b) El rango de frecuencia
para las señales en FM está entre los 90 MHz y los 110 MHz y se propagan a la misma
velocidad, ¿cuál es su rango de longitudes de onda?
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
SONIDO
Problema 8.
1 - Un sonido de 60 db y 50 Hz, ¿es audible?
2 - Un sonido de 60 db y 200 Hz, ¿es audible?
3 - Un sonido de 60 db y 5 KHz, ¿es audible?
4 - Un sonido de 60 db y 7000 Hz, ¿es audible?
5 - Un sonido de 60 db y 20000 Hz, ¿es audible?
6 - Un sonido de 60 db y 200 Hz, ¿es audible?
7 - Un sonido de 60 db y 25 KHz, ¿es audible?
La sirena de una ambulancia emite un sonido de 2300 Hz. Responder los ítems 5 y 6.
Se utilizará el diagrama de frecuencias e intensidades
Problema 9.
El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20000 Hz.
Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en cierto aire con
la velocidad de 335 m/s.
Problema 10.
Un foco sonoro colocado bajo el agua tiene una frecuencia de 760 hertz y produce ondas de 2,1
m. ¿Con qué velocidad se propaga el sonido en el agua?
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
Problema 11.
¿Con qué frecuencia se percibe cuando se acerca a una velocidad de 65 km/h? La sirena de una
ambulancia emite un sonido de 1900 Hz.
Problema 12.
¿Y cuándo se aleja a esa misma velocidad?
Problema 13.
¿Con qué frecuencia se recibe un sonido de 1600 Hz cuando el receptor se acerca a una
velocidad de 80 Km/h hacia la fuente que los produce?
Problema 14.
Calcule la frecuencia con la que percibe un policía la alarma de un banco si se aproxima en su
coche a una velocidad de 125 km/h, siendo que la frecuencia a la que emite la alarma es de 950
Hz.
Problema 15.
Una fuente sonora que emite un sonido de 680 Hz se acerca con una velocidad de 20 m/s hacia
un observador que se encuentra en reposo. ¿Cuál es la frecuencia detectada por el observador?
Problema 16.
Un rayo, producto de una descarga atmosférica, es observado por una persona y lo escucha 20
seg después, a que distancia se produjo el rayo del observador?
Rayo descarga
atmosferica
Observador
Distancia
Problema 17.
Un rayo, producto de una descarga atmosférica, cae en un determinado lugar, a que distancia
debe estar ubicada una persona para que sea escuchado 14 seg después.
Problema 18.
Niveles de sonido, en base a los diagrama e información complementaria. Establezca:
d) Umbral de audición,
e) Umbral toxico
f) Umbral de dolor
g) La frecuencia a partir de lo cual se considera ultrasonido
Problema 19.
Cierta fuente puntual emite ondas sonoras de 90 W de potencia. Calcula la intensidad de las
ondas a 4,1 m de la fuente. Es un valor alto o bajo para el oído humano
Problema 20.
Dos altavoces que emite a la misma frecuencia están separados 1,4 m entre sí. A 3 m sobre la
perpendicular trazada desde el punto medio entre los altavoces se encuentra un micrófono. Se
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
hace girar el micrófono y se encuentra el 1ª máximo cuando el ángulo girado es de 15º ¿A qué
frecuencia emiten los altavoces?
Problema 21.
Un tubo de órgano abierto en los dos extremos tiene dos armónicos sucesivos con frecuencias de
250 y 290 Hz ¿Cuál es la longitud del tubo?
Problema 22.
En época de lluvia, es muy común que de momento se observa una luz brillante y
posteriormente el trueno. ¿A qué distancia se produce un rayo? Si al observar el relámpago de
luz, siete segundos después se escucha el trueno.
Problema 23.
Considerando el problema anterior, si la distancia a la que se produjo un rayo fue de 2100 m,
¿en qué tiempo se escucharía el trueno? Si el sonido ahora viaja por agua.
Problema 24.
Una tubería de acero es golpeada a una distancia de 2,2 Km. Y el sonido tarda en llegar al punto
donde se escucha en 0,33 segundos ¿a qué velocidad viaja el sonido?
Problema 25.
El sonido de una cuerda indica un tono de DO si la frecuencia de éste es de 263 Hertz. Y se
transmite en el aire ¿cuál será la longitud de onda?
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FÍSICA BIOLÓGICA
TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
RADIACIONES
PROBLEMAS
Problema 1
El año luz es una unidad que sirve como medida de longitud en astronomía. Se lo define como
la longitud recorrida por un rayo luminoso en un año. Exprese un año luz en km.
Problema 2
Calcular el tiempo que tarda en llegar a la Tierra la luz de una estrella situada a 3,78x1016 m.
Solución
La velocidad de la luz es v = 3x108 m/seg
3,78  1016 [m)]
x
x
v
 t
t
 1,26  108 [seg]
8
t
v
3  10 [m / seg ]
Un año tiene
3600  24  360  3,11  10 7 [seg]
1,26  10 8 [seg]
n años 
 4,05 [años]
3,11  10 7 [seg]
Problema 3
¿Cuál será la distancia a que se encuentra una estrella cuya luz tarda 3,5 años en llegar a la
tierra?
Solución
La estrella se encuentra a 3,5 años luz de distancia de la tierra
La luz recorre en un año la siguiente distancia
3600  24  360  3,11 10 7 [seg]
La luz recorre en un año
x  v  t  x  3  108 [m / seg ]  3,11 10 7 [seg]  9,33  1015 [m]
En 3,5 años
x  3,5  9,33  1015 [m]  3,26  1016 [m]
x  3,26  1013[Km]
Problema 4
Un rayo luminoso pasa del aire a otro medio formando un ángulo de incidencia de 45° y uno de
refracción de 40 °. ¿Cuál es el índice de refracción relativo de ese medio?
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios con diferentes índices de refracción (n2 > n1). Como
la velocidad de fase es menor en el segundo medio (v2 < v1), el ángulo de refracción θ2 es menor que el
ángulo de incidencia θ1; esto es, el rayo en el medio de índice mayor es cercano al vector normal.
n1  seno1  n2  seno 2
1  seno 45  n2  seno 40
n2 
Material
Vacío
Aire (*)
Agua
Acetaldehído
Solución de azúcar (30%)
1-butanol (a 20 °C)
Glicerina
Heptanol (a 25 °C)
Solución de azúcar (80%)
Benceno (a 20 °C)
Metanol (a 20 °C)
Cuarzo
Vidrio (corriente)
Disulfuro de carbono
Cloruro de sodio
Diamante
1  seno 45
 1,1
seno 40
Índice de
refracción
1
1,0002926
1,333
1,35
1,38
1,399
1,473
1,423
1,52
1,501
1,329
1,544
1,52
1,6295
1,544
2,42
Problema 5
Calcular el ángulo de incidencia de un rayo luminoso que al pasar del aire a la parafina, cuyo
índice de refracción es 1,43, forma un ángulo de refracción de 20°.
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TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 – ONDAS – SONIDO - RADIACIONES
Incidencia
1
aire
parafina
2
refraccion
20°
Índice de refracción de aire n1 = 1
n1  seno1  n2  seno 2
seno1 
n2  seno 2
n1
 n2  seno 2 
 1,43  seno 20 
  1  arcsen
  29,28
n1
1




Problema 6
Un rayo luminoso pasa del alcohol al aire. Si consideramos que el índice de refracción del
primer medio es 1,36. ¿Cuál es el ángulo límite?
Donde  es el ángulo crítico y los rayos que vienen con un ángulo mayor que hacer una
reflexión total.
1  arcsen
aire
2  
n2 =1
Incidencia
n1 =1,36
alcohol
n1  seno1  n2  seno 2
1,36  seno1  1  seno 90
 1 
  47,33
 1,36 
Problema 7
Si el ángulo límite de una sustancia es de 42°, ¿cuál es el índice de refracción?
n1  seno1  n2  seno 2
1  arsen
n1  seno1  1  seno 90
1
1
 n1 
 1,49
seno 1
seno 42
Problema 8
Teniendo en cuenta la velocidad de la luz, calcular el tiempo que tardaría un rayo de luz que se
emitiera desde la Tierra, para llegar a la Luna, sabiendo que la distancia es de 385000 km.
n1 
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