Guía Fenómenos Ondulatorios 9c1s

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RAMA INTERM

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NCIAS BÁSICAS

Guía Fenómenos ondulatorios

A continuación, se presentan los siguientes ejercicios, de los cuales sugerimos responder el máximo posible y luego, junto a tu profesor(a), revisar detalladamente las preguntas más representativas, correspondientes a cada grado de dificultad estimada. Solicita a tu profesor(a) que resuelva aquellos ejercicios que te hayan resultado más complejos.

Ejercicios PSU 1.

Realizando un trabajo de investigación, un alumno genera un rayo de luz monocromática (compuesto por ondas de una sola frecuencia) y dispone todo lo necesario para hacer que el rayo experimente cada uno de los 5 fenómenos ondulatorios que ha estudiado. Luego de realizadas las experiencias, el alumno comprueba que el rayo de luz solo logró experimentar 4 de los fenómenos que él esperaba se produjeran. De las siguientes opciones, ¿cuál podría contener los 5 fenómenos ondulatorios que el estudiante intentó que el rayo de luz experimentara? A) B) C) D) E)

GUICES033CB32-A17V1

2.

Reflexión difusa, reflexión especular, refracción, transmisión e interferencia. Refracción, reflexión interna total, difracción, interferencia constructiva e interferencia destructiva. Interferencia constructiva, reflexión especular, difracción, absorción y transmisión. Reflexión difusa, absorción, difracción, dispersión y reflexión interna total. Transmisión, interferencia destructiva, refracción rasante, difracción y reflexión.

Un cuerpo se ve rojo porque A) B) C) D) E)

refleja todos los colores menos el rojo. absorbe todos los colores menos el rojo. refracta solo el rojo. refracta todos los colores menos el rojo. refleja el color rojo y otros similares, como el naranjo y el amarillo.

ech

1

Ciencias Básicas FÍSICA 3.

Elizabeth observa cómo un grupo de ondas, al propagarse en el agua, son capaces de “rodear” obstáculos que impiden su propagación. El fenómeno ondulatorio observado por Elizabeth se denomina A) B) C) D) E)

interferencia. transmisión. difracción. reflexión. refracción.

4. En un día de verano y con mucho sol es recomendable usar ropa clara, debido a que produce que la persona experimente una temperatura corporal más confortable. Esto se explica ya que, en la ropa clara, la mayoría de la luz A) B) C) D) E)

se dispersa. se refleja. se absorbe. se refracta. se difracta.



Enunciado para las preguntas 5, 6, 7 y 8.



La figura muestra una fuente generadora de ondas y dos cuerdas, A y B, de distinta densidad y unidas entre sí en el punto P, por las que se desplaza un tren de ondas. En la cuerda A la rapidez de propagación de la onda es 1,5 m y la longitud de onda es 30 [cm]. s A Fuente generadora de ondas

B P

vA

vB

Figura N°1: archivo ech

5.

Considerando los datos del enunciado y sabiendo que la relación entre la frecuencia f, la longitud λ y la rapidez de propagación v de una onda es v = f • λ, la frecuencia con la que oscila un punto cualquiera de la cuerda A es A) B) C) D) E)

2

ech

1,5 [Hz] 2,5 [Hz] 3,0 [Hz] 4,0 [Hz] 5,0 [Hz]

GUÍA 6.

¿Cuánto tarda la fuente generadora de ondas en generar una oscilación completa en la cuerda A? A) B) C) D) E)

7.

0,1 [s] 0,2 [s] 0,3 [s] 0,4 [s] 0,5 [s]

Si la longitud de onda en la cuerda B es 10 [cm], la rapidez de propagación de la onda en esta cuerda es m A) 2,0 s m B) 1,5 s m C) 1,0 s D)

m 0,5 s

E) 0,1 m s 8.

Si la fuente generadora de ondas aumenta su frecuencia, es correcto afirmar que I) II) III)

la frecuencia en la cuerda B aumenta. la velocidad de propagación en la cuerda A aumenta. la longitud de onda en la cuerda B disminuye.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

ech

3

Ciencias Básicas FÍSICA 9.

Una ley científica se puede entender como una proposición que describe una relación constante entre dos o más variables o propiedades de la naturaleza, que se puede expresar de manera verbal o a través de ecuaciones matemáticas, se apoya en la evidencia empírica y es universalmente aceptada.



Considerando lo anterior, ¿cuál de las siguientes alternativas corresponde a una ley científica? A) B) C) D)



E)

“El diamante posee mayor índice de refracción que el agua” “La reverberación es la prolongación del sonido debido a sucesivas reflexiones, después de extinguida la fuente sonora” “El índice de refracción es un número adimensional que indica la resistencia que presenta el medio a ser recorrido por la luz” “En el fenómeno de la reflexión el ángulo de incidencia siempre es igual al ángulo de reflexión” “La resonancia es un fenómeno ondulatorio”

10. Al iluminar un cuerpo solo con luz blanca, se ve azul. Si ahora iluminamos el mismo cuerpo solo con luz roja, este se verá de color A) B) C) D) E)

verde. azul. rojo. naranjo. negro.

11. Cuando un rayo de luz pasa del aire al agua, es correcto afirmar que, al refractarse, I) II) III)

la luz aumenta su velocidad de propagación. el rayo se acerca a la normal. la luz mantiene constante su frecuencia.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y III Solo II y III

12. En ciertas ondas transversales la velocidad de propagación es inversamente proporcional a la densidad del medio elástico en el que se propagan. Si en el fenómeno de la refracción su frecuencia permanece constante, al pasar a un medio menos denso se espera que estas ondas A) B) C) D) E)

4

ech

aumenten su amplitud. aumenten su longitud de onda. disminuyan su velocidad de propagación. aumenten su periodo. disminuyan su número de ciclos.

GUÍA 13. Los rayos de la figura representan dos ondas incidiendo sobre una superficie lisa.

P

R

60º

30º Figura N°2: archivo ech



Respecto de esta situación, es correcto afirmar que I) el ángulo de reflexión de R es menor que el de P. II) el ángulo de reflexión de R es 30º. III) el ángulo de reflexión de P es 30º. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo I y III

14. Una onda electromagnética viaja por tres medios distintos y homogéneos: X, R y S, tal como muestra la figura. La onda viaja por el medio X con una rapidez V y una frecuencia f. Al ingresar al medio R duplica su rapidez y, finalmente, al ingresar al medio S la onda disminuye su rapidez a un tercio. ¿Cuál es la longitud de onda en el medio S? 2V A) 3f f B) v → V 2V C) f D) E)

2f V 2f 3V

X

R

S

Figura N°3: archivo ech

15. En las salas de cine tanto las paredes como el cielo son cubiertos con materiales blandos, como cortinas y alfombras, para evitar el efecto denominado reverberación y mejorar la acústica del lugar. ¿Qué fenómeno característico de las ondas se intenta evitar? A) Reflexión B) Refracción C) Difracción D) Efecto Doppler E) Absorción

ech

5

Ciencias Básicas FÍSICA 16. Un haz de luz que viaja por un medio 1 incide sobre un medio 2, tal como muestra la figura. R

P

α α

Medio 1 Medio 2

β M Figura N°4: archivo ech



Según lo anterior, es correcto afirmar que I) R es un rayo incidente. II) P es un rayo reflejado. III) M es un rayo refractado. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

17. Dentro de las condiciones necesarias para que el fenómeno de reflexión interna total ocurra está(n) que I) II) III)

el ángulo de incidencia sea igual al ángulo límite. el haz de luz viaje hacia un medio de menor índice de refracción. el haz de luz viaje hacia un medio de mayor densidad.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

18. Un pulso de sonar es emitido verticalmente desde un submarino, en dirección al fondo del mar. Si el eco se recibe después de 2 [s], ¿a qué distancia está el submarino del fondo? (Considere que la rapidez del sonido en el agua es 1.450 m s ).



6

ech

A) B) C) D) E)

340 [m] 680 [m] 725 [m] 1.450 [m] 2.900 [m]

GUÍA

19. El fenómeno ondulatorio que produce que la caja de un instrumento como una guitarra acústica vibre con las ondas sonoras producidas al pulsar una cuerda, aumentando la intensidad de su sonido, se llama A) B) C) D) E)

interferencia. absorción. efecto Doppler. eco. resonancia.

20. Dos pulsos, P y A, se propagan con una rapidez de 40 cm s por una cuerda inextensible y de masa despreciable, tal como lo indica la figura. A

P

Figura N°5: archivo ech



Si la amplitud de cada pulso es 5 [cm], ¿cuál será la máxima amplitud del pulso resultante cuando P y A se interfieran? A) B) C) D) E)

40 [cm] 10 [cm] 8 [cm] 4 [cm] 0 [cm]

21. Un rayo de luz atraviesa un frasco de vidrio delgado de caras paralelas, lleno con aceite (n = 1,45). Si el rayo penetra en el frasco con un ángulo de incidencia de 30º, el ángulo que forma el rayo con la superficie del frasco al salir es A) 20º B) 30º C) 60º D) 80º E) 90º

ech

7

Ciencias Básicas FÍSICA 22. Un haz de luz irradiado por el Sol viaja por el vacío, atraviesa la atmósfera de la Tierra (aire) e incide con un ángulo de 45° sobre un recipiente de vidrio lleno de agua. Respecto a lo anterior, se afirma que

(Considere nvidrio = 1,6 ; nagua = 1,33 ; naire = 1 ; nvacío = 1) I) II) III)

en el vacío la luz viaja con una rapidez de 30.000 km . s la velocidad de la luz en el agua es mayor que en el aire, por tener aquella un mayor índice de refracción. al pasar el haz de luz desde el vidrio al agua, el rayo refractado se aleja de la normal.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y III. I, II y III.

23. Un niño se sitúa entre dos parlantes que emiten música (bajo condiciones bien específicas), tal como lo muestra la figura.

Figura N°6: archivo ech



Encontrándose entre los parlantes, el niño se da cuenta de que existe una zona en particular en la cual se produce “silencio”. Este efecto se debe al fenómeno de A) B) C) D) E)

difracción del sonido. reflexión del sonido. resonancia. interferencia del sonido. reverberación.

24. Un haz de luz se propaga por el Benceno con una rapidez aproximada de 200.000 km . ¿Cuál es s el índice de refracción del Benceno? A) B) C) D) E)

8

ech

0,6 1,0 1,5 1,6 2,5

GUÍA 25. En un balneario, al costado del mar se ubica una torre T con una sirena en lo alto, que emite señales sonoras en caso de peligro. La figura adjunta muestra posibles trayectorias que sigue el sonido cuando la sirena comienza a emitir una alerta, para llegar a una persona P que practica buceo en la bahía. T

Aire

A

B

C

D

E

Agua

P

Figura N°7: archivo ech

De las trayectorias mostradas, ¿cuál es físicamente correcta para que el sonido viaje hasta la persona P? A) B) C) D) E)

La que pasa por el punto A. La que pasa por el punto B. La que pasa por el punto C. La que pasa por el punto D. La que pasa por el punto E.

ech

9

Ciencias Básicas FÍSICA Tabla de corrección

Ítem

Alternativa

Habilidad

Dificultad estimada

1

Comprensión

Fácil

2

Reconocimiento

Fácil

3

Comprensión

Fácil

4

Comprensión

Fácil

5

Aplicación

Fácil

6

Aplicación

Media

7

Aplicación

Media

8

ASE

Media

9

ASE

Difícil

10

Comprensión

Media

11

Comprensión

Media

12

Comprensión

Media

13

Aplicación

Media

14

Aplicación

Media

15

Comprensión

Media

16

Reconocimiento

Media

17

Reconocimiento

Media

18

Aplicación

Media

19

Reconocimiento

Fácil

20

Comprensión

Media

21

Comprensión

Difícil

22

ASE

Difícil

23

Comprensión

Media

24

Aplicación

Media

25

ASE

Difícil

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10

ech

GUÍA Resumen de contenidos Fenómenos ondulatorios Reflexión

Rebote de una onda en la superficie de un medio. Al reflejarse, las ondas siguen la “ley de la reflexión”. Figura N° 8: archivo ech

Refracción

Cambio en la dirección de propagación de una onda cuando pasa desde un medio a otro diferente, con un ángulo de incidencia distinto de 0º. Figura N° 9: archivo ech

Una onda puede experimentar

Difracción

Transmisión

Interferencia

Capacidad de las ondas de rodear objetos.

Capacidad de las ondas de propagarse por un medio, pudiendo pasar a otro distinto. Al transmitirse entre dos medios, las ondas modifican su velocidad y su longitud de onda.

Figura N° 10 archivo ech Medio 1

V2

V1

Onda incidente

Medio 2

α2

λ1

Onda transmitida

Figura N° 11: archivo ech

Efecto que produce la superposición de dos o más ondas. Puede ser constructiva o destructiva. Figura N° 12: archivo ech Onda incidente

Absorción

Capacidad de algunos materiales de atrapar (absorber) ondas.

Material

Onda Onda absorbida transmitida Onda reflejada

Figura N° 13: archivo ech

ech

11

Ciencias Básicas FÍSICA Leyes de la reflexión En la reflexión siempre se cumple que “la onda incidente, la onda reflejada y la normal están en un mismo plano” (primera ley de la reflexión) y que “el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión” (segunda ley de la reflexión). Normal Onda incidente

Onda reflejada αi

αR

αi = αR Figura N° 14: archivo ech

Reflexión del sonido

Reflexión de la luz

Eco: reflexión nítida de una onda sonora. Se produce cuando el sonido emitido rebota sobre una superficie ubicada a una distancia mínima de 17 [m] del emisor.

Especular: se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie lisa.

17 m

Reflexión especular o regular

Figura N° 17: archivo ech

Figura N° 15: archivo ech

Reverberación: es la prolongación del sonido después de extinguida la fuente sonora, debido a sucesivas reflexiones,.

Difusa: se produce cuando la luz se refleja sobre una superficie rugosa. Reflexión difusa

Figura N° 18: archivo ech

Figura N° 16: archivo ech

12

ech

GUÍA Índice de refracción El índice de refracción “n”, o refringencia de un medio, es un número que indica la resistencia que presenta el medio a ser recorrido por la luz. Corresponde al cociente entre la rapidez de la luz en el vacío y la rapidez de la luz en el medio en que se propaga. Es un número “adimensional”, es decir, no tiene unidades.

n=

c: rapidez de la luz en el vacío (300.000 km ). s

c vmedio

vmedio: rapidez de la luz en el medio.

Reflexión interna total de la luz N n1 n2

Medio 1

N

90º i i

β

i>β

Medio 2 Refracción rasante

Reflexión interna total

Figura N° 19: archivo ech

Este fenómeno ocurre solo si la luz viaja desde un medio más denso a uno menos denso, es decir, si n2 > n1. Si el ángulo de incidencia toma el valor límite, se produce una refracción rasante. Si el ángulo de incidencia es mayor que el valor límite, el rayo no se refracta sino que se refleja; la superficie actúa como un espejo. Resonancia Es la vibración espontánea y/o el refuerzo en la amplitud de vibración que experimenta un cuerpo cuando se ve afectado por otra vibración o sonido de su misma frecuencia. La resonancia produce un “aumento en la intensidad” de los sonidos.

ech

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Ciencias Básicas FÍSICA

Absorción del sonido

Absorción de la luz

Los sonidos más agudos (de mayor frecuencia) son absorbidos con mayor facilidad que aquellos más graves.

Al ser iluminados, los cuerpos absorben algunas ondas y reflejan otras. Esto produce que percibamos los colores.

En general, un material es mejor absorbente de sonido mientras menos denso y más blando sea, como alfombras, cortinas y espumas.

Si el cuerpo es capaz de reflejar todas las ondas de luz, al ser iluminado con luz blanca lo veremos blanco. Si las absorbe todas, lo veremos negro, no importando el tipo de luz con el cual lo iluminemos.

La capacidad de absorción de un material se mide como una relación entre la cantidad de energía que incide sobre el material y la que este absorbe.

14

ech

La absorción de luz produce un aumento de temperatura en los cuerpos.

GUÍA

Mis apuntes

ech

15

_____________________________________________________ Han colaborado en esta edición: Directora Académica Paulina Núñez Lagos Directora de Desarrollo Académico e Innovación Institucional Katherine González Terceros Equipo Editorial Mauricio Romero Leamann Claudio Muena Toledo Equipo Gráfico y Diagramación Pamela Martínez Fuentes Vania Muñoz Díaz Elizabeth Rojas Alarcón Equipo de Corrección Idiomática Paula Santander Aguirre Imágenes Banco Archivo ech

El grupo Editorial ech ha puesto su esfuerzo en obtener los permisos correspondientes para utilizar las distintas obras con copyright que aparecen en esta publicación. En caso de presentarse alguna omisión o error, será enmendado en las siguientes ediciones a través de las inclusiones o correcciones necesarias. ____________________________________________________________________________________________________________________________

Registro de propiedad intelectual de ech. Prohibida su reproducción total o parcial.