El sonido, velocidad del sonido

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LECCIÓN 3
Es la parte de la física que estudia la producción y propiedades del sonido.
Sonido: El sonido es un movimiento ondulatorio mecánico – longitudinal de tipo elástico,
que requiere indispensablemente de un medio en el cual propagarse; por lo tanto no se
desplaza en el vacío. Para que se produzca sonido se requiere vibración de la materia.
Velocidad del sonido: La velocidad del sonido depende de las características elásticas e
inerciales del medio.
Velocidad del sonido en diferentes medios
Temperatura Velocidad
Medio
(ºC) (m/s)
Aire 0 331,7
Aire 15 340
Oxígeno 0 317
Agua 15 1.450
Acero 20 5.130
Caucho 0 54
Aluminio 0 5.100
Se ha observado experimentalmente, que la velocidad del sonido en el aire varía 0,6 m/s por
cada grado centígrado de temperatura. Se calcula mediante la ecuación:
V = V0 + 0,6.t
V0 = velocidad del sonido en el aire a 0 ºC = 331,7 m/s
t = temperatura en ºC
Ejercicios resueltos:
1º Calcula el tiempo que emplea el sonido en recorrer 1.5 km.
a. En el aire a 0 ºC b. En el aire a 15 ºC c. En al agua
Solución:
a.
x 1500 m
t= = = 4.52 s
V m
331.7
s
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b.
m  m 
(15 º C) = 340.7
m
V = Vo + 0.6 t = 331 .7 +  0.6
s  sº C  s
x 1500 m
t= = = 4.4 s
V m
340.7
s
c.
x 1500 m
t= = = 1.03 s
V m
1450
s
2º Durante la tempestad se escucha un trueno 8 s después de haberse percibido el
relámpago. ¿A que distancia cayó el rayo?
 m
x = Vt =  340 (8 s ) = 2720 m
 s
3º Un barco emite simultáneamente un sonido dentro del agua y otro en el aire. Si otro
barco detecta los sonidos con una diferencia de 3 s, ¿a qué distancia están los barcos?
Solución:
En el aire:
x x
t1 = =
V 340
En el agua:
x x
t2 = =
V 1450
x x
t1 − t 2 = −
340 1450
111x
3=
49300
x=
(3)(49300 ) = 1332.43 m
111
4º Qué longitud de onda corresponde para una onda sonora cuya frecuencia es de 20.000
hz y se propaga con una velocidad de 340 m/s?
V 340 m
λ = VT = = s = 0.017 m = 1.7 cm
f 20000 s −1
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5º Ciertas ondas ultrasónicas que se propagan en el aire tienen una longitud de onda de 3.8
x 10–7 m. ¿Cuál es su frecuencia?
V V 340 m
λ= ⇒f= = s = 8.95 × 10 8 hz
f λ 3.8 × 10 m
−7
6º La longitud de onda del sonido de más baja frecuencia que puede percibir el hombre es
de 17 m. ¿Cuál es esta frecuencia?
m
V 340 s
f= = = 20 hz
λ 17 m
Preguntas Tipo Icfes:
Preguntas de selección múltiple con única respuesta (Tipo I)
Las preguntas de este tipo constan de un enunciado y de cuatro posibilidades de respuesta
entre las cuales debe escoger la que considere correcta.
1º Cuando una fuente sonora se mueve con una velocidad mayor que la velocidad de
propagación del sonido en el medio se genera una onda de choque, que se escucha como
una explosión, porque las crestas de varias ondas se superponen. De las siguientes figuras
¿cuál podría ilustrar una onda de choque?
CONTESTE LAS PREGUNTAS 2 Y 3 DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN
En dos bandejas 1 y 2 idénticas se sueltan dos piedritas a intervalos iguales de tiempo. La
bandeja 1 está llena con agua y la bandeja 2 con miel. Simultáneamente se toman
fotografías de cada bandeja.
2º La figura que mejor ilustra las formas de las ondas generadas en las superficies de los
fluidos, es
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3º Comparando las características de las ondas generadas en el agua y en el aceite se
puede afirmar que las que se generan en agua se propagan con
A. mayor frecuencia que las ondas en la bandeja 2
B. mayor longitud de onda que las ondas en la bandeja 2
C. igual longitud de onda que las ondas en la bandeja 2
D. menor rapidez que las ondas en la bandeja 2
4º La siguiente tabla muestra la velocidad de propagación del sonido en diferentes
materiales, que se encuentran a diferentes temperaturas.
Temperatura Velocidad
Material
(ºC) (m/s)
Hulo
1 0 54
vulcanizado
2 Vapor de agua 0 401
3 Helio liquido 0 970
4 Agua dulce 25 1493
5 Agua dulce 30 1496
6 Agua de mar 20 1513
De acuerdo con los datos de la tabla, tres estudiantes hacen las siguientes afirmaciones:
Estudiante 1: Si la temperatura de un mismo material se aumenta, la rapidez del sonido
aumenta siempre y cuando se mantenga la misma presión.
Estudiante 2: La velocidad de propagación del sonido no sólo depende de la temperatura, ya
que en distintos materiales, sometidos a la misma temperatura, la rapidez de propagación del
sonido es diferente.
Estudiante 3: Es muy probable que la rapidez de propagación del sonido en el agua de mar a
300 ºC y a una atmósfera de presión, sea igual que el agua dulce en esas mismas
condiciones.
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¿Cuál o cuáles de estas afirmaciones de los estudiantes es más congruente (s)?
A. sólo la del estudiante 1 C. sólo la del estudiante 3
B. las de los estudiantes 1 y 2 D. las de los estudiantes 1 y 3
5º La cubeta que se muestra en la figura se usa para realizar un experimento con ondas. La
cubeta tiene dos secciones separadas por una fina membrana. Una sección tiene agua y una
barrera con una pequeña ranura. Sobre la cubeta hay una esfera que oscila verticalmente y
toca levemente el agua, dicha esfera puede moverse sobre la cubeta.
Después de pasar los frentes de onda por la ranura de la barrera, los frentes de onda que se
observan están mejor indicados en la figura
6º La cubeta que se muestra en la figura se usa para realizar un experimento con ondas. La
cubeta tiene dos secciones separadas por una fina membrana. Una sección tiene agua y una
barrera con una pequeña ranura. Sobre la cubeta hay una esfera que oscila verticalmente y
toca levemente el agua, dicha esfera puede moverse sobre la cubeta.
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La velocidad de propagación de las ondas en el aceite es menor que en el agua. De las
siguientes, la figura que ilustra más adecuadamente los frentes de onda antes y después de
atravesar la membrana, (cuya única finalidad es separar el agua del aceite), es
7º El péndulo esquematizado en la figura oscila entre los puntos 1 y 2. El tiempo que tarda
en ir del punto 1 al punto 2 es 1 segundo.
La frecuencia f de oscilación del péndulo vale
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A. 0,5 Hz B. 2 Hz C. 1 Hz D. 1,5 Hz
8º
Una llave de agua gotea continuamente como muestran las figuras. La perturbación que se
produce en el punto donde cae la gota se propaga a lo largo de la superficie del agua. En
esta situación, se puede afirmar que
A. La perturbación avanza hacia las paredes del recipiente sin que haya desplazamiento de
una porción de agua hacia dichas paredes .
B. La porción de agua afectada por el golpe de la gota se mueve hacia las paredes del
recipiente.
C. Si el líquido en el que cae la gota no es agua, la perturbación no avanza.
D. La rapidez de propagación de la perturbación depende únicamente del tamaño de la gota
que cae.
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