Solucionario Ondas II: el sonido 2016

SOLUCIONARIO
GUÍA ESTÁNDAR ANUAL
Ondas II: el sonido
SGUICES002CB32-A16V1
Solucionario guía
Ondas II: el sonido
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
2
3
4
5
6
7
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13
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15
16
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18
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21
22
23
24
25
B
C
A
C
E
B
C
A
E
E
E
D
D
D
B
B
E
A
C
C
D
E
D
D
D
Reconocimiento
Reconocimiento
Aplicación
ASE
Reconocimiento
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Aplicación
ASE
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
ASE
Comprensión
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Comprensión
ASE
Comprensión
Comprensión
Comprensión
ASE
Ítem
Alternativa
1
B
2
C
Defensa
La intensidad de un sonido está relacionada con la energía que la
onda sonora transporta y, por lo tanto, con su amplitud. Un sonido
es más intenso cuando la amplitud de la onda sonora es mayor, y
más débil cuando la amplitud es más pequeña.
El ruido es cualquier sonido no deseado o aquel calificado como
desagradable o molesto para quien lo percibe. Puede ser
producido por sonidos de alta intensidad, como el despegue de un
avión, o también por sonidos de bajo volumen pero que
permanezcan en el tiempo, como el sonido de una llave goteando
o el del segundero de un reloj, en medio de la noche.
Por otro lado, el ruido puede ser producido por una mezcla de
sonidos inarticulados e inarmónicos, como los que se generan al
quebrarse un vidrio, pero también la más fina pieza de música
puede transformarse en ruido para quien le desagrade o no desee
escucharla.
La contaminación acústica se define como la interferencia que
provoca el ruido en las actividades que realizamos. La exposición
prolongada al ruido puede producir enfermedades fisiológicas y
psicológicas, como pérdida total o parcial del oído, estrés e
insomnio, entre otras.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Falso
III) Verdadero
3
A
Considerando que nos dan la frecuencia f y la rapidez de
propagación v de la onda, y que nos piden su longitud de onda
 , entonces usamos la expresión
v  f
v
 
f
Luego:
m
v  340   
340
 2[m]
 s    
170

f  170[ Hz ]
4
C
El efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia de una
onda sonora, que un receptor percibe cuando existe movimiento
entre él y la fuente emisora del sonido. Se produce cuando el
observador y la fuente sonora se acercan o se alejan entre sí.
Cuando la persona P del ejercicio comienza a moverse, lo hace en
un círculo concéntrico alrededor de la fuente sonora, por lo que la
distancia entre ambos permanece constante. Al no acercarse ni
alejarse de la sirena, no se produce el efecto Doppler y la persona
percibe el sonido con una frecuencia igual a la frecuencia emitida
por la fuente, es decir, con una frecuencia f.
5
E
6
B
La frecuencia de una onda es constante y no cambia aunque la
onda se transmita a otro medio diferente.
Sabemos que
v  f  
v
f
Luego, calculamos las longitudes de onda en el agua y en el aire.

 m 
v agua  1450  
1450

 7,25[m]
 s  agua 
200

f agua  200[ Hz] 
  agua  aire  5,55[m]
m 

v aire  340  
340
 1,70[m] 
 s  aire 

200
f aire  200[ Hz]

7
C
El rango de audición humana se encuentra entre los 20 [Hz] y los
20.000 [Hz]. Las frecuencias fuera de este rango no son, en
general, audibles por las personas.
Aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es mayor a 20.000 [Hz]
se denominan ultrasonidos y las que poseen una frecuencia
menor a 20 [Hz] son llamadas infrasonidos.
Por otro lado, como la longitud de onda y la frecuencia son
inversamente proporcionales, las ondas de mayor longitud de
onda corresponden a las de menor frecuencia, los infrasonidos,
y las de menor longitud de onda corresponden a las ondas de
mayor frecuencia, los ultrasonidos.
8
A
Cuando existe movimiento entre el receptor de un sonido y la
fuente emisora, la frecuencia percibida por el receptor varía
respecto de la frecuencia real de la onda sonora. Si se acercan
entre sí, la frecuencia percibida es mayor que la real. Si se alejan
entre sí, la frecuencia percibida es menor. Este fenómeno se
denomina “efecto Doppler”.
En el ejercicio, la persona percibe un sonido de frecuencia
440 [Hz], menor que la frecuencia real del sonido emitido por el
piano, de 494 [Hz]. Así, si la frecuencia percibida es menor que la
real, la persona se aleja del piano.
9
E
Sabemos que
rapidez 
distancia
, es decir,
tiempo
d
 d  v t
t
v
Luego
 m 
v sonido aire  340   
 s   d  340 15  5.100[m]

t  15[ s]

10
E
El rango de audición humana está comprendido entre los 20 [Hz]
(sonidos más graves posibles de escuchar) y los 20.000 [Hz]
(sonidos más agudos que podemos percibir).
m
Considerando que la rapidez del sonido en el aire es 340   , al
s
calcular las longitudes de onda correspondientes obtenemos:
Para 20.000 [Hz]:

340
 0, 017[m]  1, 7[cm] (Sonido más agudo)
20.000
Para 20 [Hz]:

340
 17[m] (Sonido más grave)
20
Así, todo λ menor a 1,7 [cm] corresponderá a un ultrasonido, y
mayor a 17 [m] a un infrasonido.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Verdadero
11
E
Recordando que
v  f  
v
f
y que la frecuencia de una onda es constante, aun cuando cambie
de medio, entonces
-
En el aire
 m 
v aire  340   
340
 0, 77[m]  77[cm]
 s    aire 
440

f aire  440[ Hz ] 
-
En el agua
 m 
vagua  1.450   
1.450
 3,3[m]
 s    agua 
440
f agua  440[ Hz ] 
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Verdadero
12
D
La intensidad o volumen del sonido depende de la amplitud de la
onda sonora; por lo tanto, una persona situada a la misma
distancia de ambos instrumentos escuchará con mayor intensidad
el sonido emitido por el clarinete.
Si la persona se aleja de los instrumentos, la intensidad de los
sonidos (volumen) disminuirá al aumentar la distancia que separa
al receptor de los emisores. Este efecto se denomina “atenuación”
del sonido.
Si ambos instrumentos emiten sonidos de igual tono, significa que
sus frecuencias son las mismas; si las frecuencias son las
mismas, están tocando la misma nota musical.
Por último, los timbres de los sonidos son diferentes, por ser
sonidos emitidos por cuerpos (instrumentos) distintos.
Debido a esto último, la alternativa incorrecta es la D.
13
D
En las ondas la frecuencia y la longitud de onda son
características inversamente proporcionales, es decir, mientras
mayor sea una, menor es la otra.
La flauta produce un sonido muy agudo, lo que implica una
frecuencia muy alta y, por lo tanto, una pequeña longitud de onda.
La tuba, por el contrario, produce un sonido muy grave, lo que
implica una baja frecuencia y, por lo tanto, una longitud de onda
larga.
La velocidad del sonido es constante en un mismo medio,
independientemente de la frecuencia que posea, por lo cual en el
aire la rapidez de propagación de los sonidos emitidos por la flauta
y por la tuba es la misma.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Falso
14
D
El oído se divide en tres partes: oído externo, oído medio y oído
interno.
El pabellón auricular (oreja) es un pliegue prominente de piel
sostenido por cartílago, que forma parte del oído externo.
El oído medio es una cavidad llena de aire que contiene
numerosos elementos anatómicos, que se encuentra en el hueso
temporal del cráneo. Forman parte del oído medio: el tímpano, la
cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo), la trompa
de Eustaquio y la ventana oval. La trompa de Eustaquio es un
conducto que comunica el oído medio con la porción nasal de la
faringe. Su función es igualar la presión a ambos lados del
tímpano, protegiendo las delicadas estructuras internas del oído
de los cambios bruscos de presión. Normalmente se encuentra
cerrada y se abre durante la deglución y el bostezo.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Verdadero
III) Verdadero
15
B
Cuando una onda longitudinal se desplaza por un medio, como las
que se muestran en el ejercicio, se pueden reconocer fácilmente
las zonas de compresión (en donde las partículas del medio se
encuentran más juntas) y las zonas de rarefacción (en donde las
partículas se encuentran más separadas); entre dos zonas de
compresión (o entre dos de rarefacción) se verifica una longitud de
onda, tal como se muestra en la siguiente figura.
De acuerdo a lo anterior, en la figura la onda A muestra 4 ciclos,
mientras que la onda B muestra solo 3, en un mismo intervalo de
tiempo.
Así, podemos verificar que:
I) Falso. El periodo se puede calcular como
T
tiempo
nº de ondas
Luego, si el tiempo es el mismo para ambas ondas, pero el
número de ondas o ciclos de A es mayor que el de B, entonces el
periodo de la onda A es menor que el de B.
II) Verdadero. La frecuencia es el número de ondas que se
observan en un intervalo de tiempo y se relaciona con el tono del
sonido; frecuencias menores corresponden a tonos más graves.
Como el número de ondas de B (3) es menor que el número de
ondas de A (4), en un mismo intervalo de tiempo, significa que la
frecuencia de B es menor y, por lo tanto, corresponde a un sonido
de tono más grave que A.
III) Falso. Al ser dos ondas del mismo tipo (sonido) y propagarse
por un mismo medio, la rapidez de propagación de ambas es la
misma, independientemente de la frecuencia que las ondas
posean.
16
B
La velocidad del sonido es constante en un mismo medio,
independientemente de la frecuencia que el sonido posea. Por lo
tanto, las tres notas musicales emitidas por el flautista viajarán por
el aire con la misma velocidad.
Como en todas las ondas la frecuencia y la longitud de onda son
inversamente proporcionales, tres ondas de frecuencias distintas
tendrán longitudes de onda diferentes.
La frecuencia de una onda se mantiene constante, no importando
que la onda se transmita a otro medio distinto.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Verdadero
III) Falso
17
E
I) Verdadero. La longitud de un pulso de P (distancia entre tres
nodos) es mayor que la longitud de un pulso de Q.
II) Verdadero. El número de ondas (pulsos) de M es mayor que el
número de ondas de R, en el mismo intervalo de tiempo; por lo
tanto, la frecuencia de M es mayor que la de R y, por
consiguiente, el sonido M es más agudo que el sonido R.
III) Verdadero. La onda de sonido Q tiene un menor número de
pulsos que la onda de sonido M, en el mismo intervalo de tiempo.
Posee, por tanto, menor frecuencia y corresponde, en
consecuencia, a un sonido más grave.
18
A
A medida que las ondas sonoras entran al oído se desplazan a lo
largo del canal auditivo externo y hacen vibrar el tímpano. La parte
central del tímpano está conectada a un huesecillo del oído medio
llamado martillo, que cuando vibra junto con el tímpano transmite
el movimiento a otros dos huesecillos, el yunque y el estribo. A
medida que el estribo se mueve, empuja una estructura llamada
ventana oval, haciéndola también vibrar. Esta acción es
transmitida entonces hacia la cóclea, una estructura llena de fluido
parecida a un caracol, que contiene pequeñas células (como
pequeños pelitos) que, al vibrar junto con el fluido de la cóclea,
convierten el movimiento en impulsos nerviosos, que son
finalmente enviados al cerebro a través del nervio auditivo.
Por lo tanto, la respuesta correcta es la A.
19
C
El problema se relaciona con el efecto Doppler. El efecto Doppler
es el cambio aparente en la frecuencia de una onda sonora, que
un receptor percibe cuando existe movimiento entre él y la fuente
emisora del sonido. Es decir, se produce cuando el observador y
la fuente sonora se acercan o se alejan entre sí.
Como en el ejercicio el receptor y el emisor del sonido se alejan
entre sí, la frecuencia percibida por el receptor está dada por
 v v 
f  f0   S R 
 vS  vF 
En donde
f es la frecuencia percibida por el receptor.
f0
vs
vR
vF
es la frecuencia real emitida por la fuente.
es la rapidez del sonido en el medio de propagación.
es la rapidez con la que se desplaza el receptor.
es la rapidez con la que se mueve la fuente emisora.
Así, considerando los datos del enunciado, obtenemos
f 0  270[ Hz ] 

 m 
vS  340  
 s 

 340  0 
 m    f  270  
  245[ Hz ]
vR  0   
 340  34 
s 
m 
vF  34   
s 
20
C
Cuando el emisor y el receptor de un sonido se acercan entre sí,
debido al efecto Doppler la frecuencia del sonido percibida por el
receptor es mayor que la frecuencia real del sonido emitido por la
fuente. Por lo tanto: f1 > f.
Cuando el emisor y el receptor se alejan, la frecuencia que percibe
el receptor es menor que la frecuencia real del sonido emitido por
la fuente. Por lo tanto: f > f2.
Por consiguiente: f1 > f > f2.
21
D
Como el avión se mueve con la misma rapidez que el sonido, y
debido a que pasa por el lugar justo en el momento del disparo, a
partir del instante t2 comienza a desplazarse junto con la onda
sonora, tal como lo muestra la figura. Debido a que el piloto “viaja
con la perturbación en el aire” producida por la onda sonora,
percibe el estruendo del disparo como un sonido continuo, que lo
acompaña mientras se desplaza en su avión.
Sin embargo, a medida que el sonido (y el avión) avanza, su
intensidad va decreciendo (va perdiendo energía) como
consecuencia de la vibración que la onda sonora produce en las
partículas del aire, fenómeno llamado “atenuación”. Esto produce
que la intensidad del sonido percibido por el piloto disminuya en el
tiempo.
Así, a partir del instante t2 el piloto percibe el estruendo del
disparo como un sonido continuo, que disminuye en intensidad
mientras vuela.
22
E
23
D
24
D
En las calles de las grandes ciudades la contaminación acústica
es un problema relacionado, principalmente, con la intensidad de
los sonidos y, por lo tanto, con la amplitud de las ondas sonoras.
Sin embargo, la contaminación acústica es un concepto bastante
más amplio y se relaciona con aquellos sonidos “molestos” para
las personas, aun cuando no sean necesariamente sonidos de
alto volumen.
Considerando que una hipótesis es una proposición formulada a
través de la recolección de información, aunque no esté
confirmada, y que sirve para responder un problema con base
científica. La única opción correcta es la D) pues con ella se
puede establecer que la vibración generada al golpear el tarro
viaja a través del aire hasta el pandero, provocando la vibración
de la tela y el posterior movimiento experimentado por el azúcar.
Como la onda de sonido emitida por el cantante no cambia de
medio de propagación (el aire), su velocidad no varía, pues esta
no depende de la frecuencia que la onda posea.
Siendo la frecuencia y la longitud de onda inversamente
proporcionales, al aumentar la frecuencia de la onda al doble, su
longitud de onda disminuye a la mitad.
Si la frecuencia de la onda sonora aumenta, el tono del sonido se
percibe más agudo.
Como la frecuencia y el periodo de una onda son inversamente
proporcionales, al aumentar la frecuencia al doble, el periodo de la
onda disminuye a la mitad.
25
D
El aparente cambio en el tono de un sonido, percibido por un
receptor en movimiento respecto de la fuente sonora (efecto
Doppler), dependerá de si se acercan o se alejan entre sí, como
también de la rapidez relativa entre ellos; si se acercan, el tono del
sonido percibido por el receptor es mayor que el real (percibe una
onda sonora de mayor frecuencia). Si se alejan, el tono del sonido
percibido es menor que el real (se percibe una onda sonora de
menor frecuencia). Si la rapidez de acercamiento o alejamiento
aumenta, el efecto se acentúa.
En el ejercicio, Alejandro y Franco se mueven con la misma
rapidez y ambos acercándose a la fuente sonora, por lo que
perciben el sonido de la sirena de un tono mayor que el real, pero
ambos perciben lo mismo. Así, Alejandro y Franco perciben ondas
sonoras de igual frecuencia, aunque esta es mayor que la
frecuencia real (340 Hz) de la onda sonora emitida por la sirena.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Falso