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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA METROPOLITANA
DEPARTAMENTO DE FISICA

GUIA Nº 3 OPTICA Y ONDAS

ONDAS MECÁNICAS
Prof. H. Garrido M.

1.- Una carga de 200 Kg cuelga de un alambre de 4.0 m de largo y de área de sección transversal igual a 0.2 x 10-4 m2 el módulo de Young de este material es de 8.0 x1010 N/m2. ¿Cuánto aumentará su longitud? R: 4.90 (mm)

2.- Un alambre de acero como el del problema 1 de 1.12 m de largo tiene un área de sección transversal de 6.0 x 10-3 cm2, se somete a una tensión de 115 N ¿Cuánto se alarga? R: 2.68 (mm).

3.- Suponga que el módulo de Young de un hueso es de 1.5 x 1010 N/m2 y que el hueso se fractura cuando se ejercen más de 1.8 x 108 N/m2a) Cuál es la fuerza máxima que se puede ejercer sobre un Fémur de diámetro efectivo mínimo de 2.5 cm, b) si esta gran fuerza se aplica compresivamente ¿cuánto se acorta un hueso de 25 cm de largo?. R: 88.3 (kN), 3.0 (mm).

4.- Si el límite elástico del cobre es 1.5 x 108 N/m2 determine el diámetro mínimo que un alambre de cobre puede tener, bajo una carga de 10 Kg si su límite elástico nodebe excederse. R: 0.92 (mm)

5.- Si el esfuerzo de corte del acero excede aproximadamente 4 x 108 N/m2, el acero se rompe. Determine la fuerza de corte necesaria para a) cortar un perno de acero de 1.0 cm de diámetro. B) hacer un hoyo de 1.0 cm de diámetro en una placa de acero de 0.5 cm de espesor. R: 3.14 · 104 (N) , 6.28 · 104 (N)

6.- Calcular la velocidad de las ondaslongitudinales en el aire. Conocidos: masa molecular del aire M = 28.8 x 10-3 Kg·mol-1, = 1.4 , R = 8.314 J·mol-1K-1 y T = 300 K, la velocidad del sonido en el aire a cierta temperatura esta dad a por v = R: 348 (m/s)

.- A la temperatura de 27 ºC , ¿en cuantos m/s aumentará la velocidad del sonido en el aire por cada ºC que se eleva la temperatura? (Indicación; Calcule dV enfunción de dT en la expresión v2 = ( )2 y reemplace los diferenciales por incrementos finitos.
R: dV/dT = 0.58
.- La velocidad del sonido en el aire es v = donde = 7/5, P es la presión del aire y es la densidad del aire. Calcule la velocidad del sonido para P = 1 atm = 1.013 x 105 (Pa) y = 1.29 Kg/m3. R : 331.6 (m/s)

7.- Calcule la velocidad del sonido en el elementomercurio, el cual tiene un módulo volumétrico de 2.8 x 1010 N/m2 y su densidad es de 13600 Kg/m3. R: 1.43 Km/s

8.- Un florero cae por un balcón, que está a 20 m de altura de la acera, y se aproxima a la cabeza de un hombre de 1.75 (m) de altura que se encuentra parado abajo. ¿A qué altura sobre el suelo debe estar el florero después de la cuál sería demasiado tarde para que el hombre escuchea tiempo un grito de aviso? Suponga que el hombre necesita 0.3 segundos para reaccionar al aviso. R: 7.82 (m)

9.- Calcule la amplitud de presión de una onda sonora de 2.0 KHz en el aire si la amplitud de desplazamiento es igual a 2.0 x 10-8 (m) y la velocidad del sonido es 334 (m/s). R : 0.11 Pa.

10 Una onda sonora en el aire tiene una amplitud de presión igual a 4.0 x 10-3(Pa). Calcule la amplitud de desplazamiento de una onda de frecuencia 10.0 KHz.
R : 1.44 x -10(m).

11.- Cuando una onda sonora viaja por el aire produce variaciones de presión (sobre y bajo la presión atmosférica) dadas por ΔP = 1.27 sen π(x – 340 t) en unidades SI, Calcule:
a) la amplitud de las variaciones de presión
b) la frecuencia
c) longitud de onda en el aire
d) la velocidad deonda sonora.
R: 1.27 Pa, 170 Hz, 2.0 (m), 340 (m/s)

12.- ¿Cuál es la velocidad de una onda de compresión en el agua (onda sonora)? El módulo volumétrico del agua es 2.2 x 109 N/m2. R : 1.5 Km/s.

13.- Un sonido fuerte y desagradable puede tener una intensidad de 0.54 W/m2, Calcular el desplazamiento máximo de las partículas de la onda sonora si su frecuencia es de 800 Hz. Si ρ...