fisica 3

Física III – Problemas extraídos del libro “Física” Serway

1.Ondas sobre cuerdas 1
2.Ondas sonoras y efecto Doppler 1
3.Superposición y ondas estacionarias 2
4.Ondas Electromagnéticas 3
6.Difracción Y Polarización 5
7.Temperatura y gases ideales 5
8.Primera Ley de la Termodinámica 6
10.Estructura Nuclear y aplicaciones 7


1. Ondas sobre cuerdas


1) Un pulso ondulatorio queviaja y que se mueve hacia la derecha del eje x se representa por la siguiente función: y(x,t) = 4/(2+(x-4t)2), donde x e y se miden en cm y t en s. Grafique la forma de la onda para t = 0, 1 y 2 s.

2) Dos ondas en una cuerda se describen por las siguientes relaciones: y1=3cos(4x–5t) e y2=4sen(5x-2t). Encuentre la superposición de las ondas y1 + y2 en los puntos a) x=1, t=1, b)x=1, t=0.5, c)x=0.5, t=0. (Recuerde que los argumentos de las funciones trigonométricas están en radianes.

3) Se requiere producir ondas transversales sobre una cuerda tensa con una rapidez de 50 m/s. Se utiliza una cuerda de 5m de longitud con una masa total de 0.06 Kg. ¿Qué tensión se requiere en la cuerda?

4) Un alambre de acero de 30m y uno de cobre de 20m, ambos con un diámetro de 1mm, se conectanextremo con extremo y se estiran a una tensión de 150N. ¿Cuánto tiempo le toma a una onda transversal viajar a lo largo de los alambres?.

5) Para la onda descripta por la relación: y = 0.08m sen(0.24x – 30t), donde x e y están en m y t está en s, determine: a) la velocidad de la onda y b) la velocidad transversal máxima.

6) Una cuerda estirada tiene una masa de 0.18 Kg. y una longitud de 3.6m.¿Qué potencia se debe suministrar para generar ondas armónicas con una amplitud de 0.1m, longitud de onda de 0.5m y que viajen con una rapidez de 30m/s?.

7) Se generan ondas transversales sobre una cuerda con una tensión constante. ¿Por qué factor se requiere que la potencia se aumente o se disminuya si: a) se duplica la longitud de la cuerda y la frecuencia permanece constante, b) se duplica laamplitud y la frecuencia se disminuye a la mitad, c) se duplican tanto la amplitud como la longitud de onda y d) se reducen a la mitad tanto la longitud de la cuerda como la longitud de onda.

8) Demuestre que la función de onda y = ln[A(x-vt)] es una solución de la ecuación de onda de D´Alembert. (A es una constante).

9) Una onda armónica que viaja moviéndose en la dirección positiva de las xtiene una amplitud de 2cm, una longitud de onda de 4cm y una frecuencia de 5 Hz; a) determine la rapidez de la onda y b) escriba una expresión para el desplazamiento transversal como una función de x y t.


2. Ondas sonoras y efecto Doppler


1) Suponga que se escucha el trueno de un golpe seco 16.2 s después de ver el relámpago. La rapidez de las ondas sonoras en el aire es de 343 m/s y larapidez de la luz en el aire es de 3 108 m/s. ¿Cuán lejos se encuentra del lugar del relámpago?

2) Se deja caer una piedra en un cañón profundo y se escucha que llega al fondo10.2 s después de soltarla. La rapidez de la onda sonora en el aire es de 343 m/s. ¿Cuán profundo es el cañón? ¿Cuál sería el porcentaje de error en la profundidad si se ignora el tiempo que le toma al sonido el alcanzar elborde del cañón?.

3) La rapidez del sonido en el aire (en m/s) está dada por la siguiente función de la temperatura:

v = 331.5 + 0.607 T

donde T es la temperatura Celsius. En aire seco la temperatura disminuye aproximadamente 1º C por cada 150m de altitud. Suponiendo que este cambio es constante hasta una altura de 9000m, ¿qué tiempo le tomará al sonido de un avión que vuela a 9000mllegar al suelo en un día en que la temperatura es de 30º C? b) Compare este tiempo con el que le tomaría si la temperatura fuera constante a 30º C. ¿Cuál tiempo es mayor?

4) Calcule la amplitud de presión de una onda sonora de 2000 Hz en el aire si la amplitud de desplazamiento es igual a 2 x 10-8m.

5) Calcule el nivel de intensidad en dB de una onda sonora que tiene una intensidad de 4...