Ejercicio 3B · Física PAU Asturias Extraordinaria 2022

Tema: Ondas armónicas: ecuación de onda y movimiento armónico · Del examen Extraordinaria (2022)

Enunciado

DATOS y CONSTANTES FÍSICAS

G=6.67×10−11 N⋅m2⋅kg−2G = 6.67\times 10^{-11}\text{ N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{kg}^{-2} · k=9.0×109 N⋅m2⋅C−2k = 9.0\times 10^9\text{ N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{C}^{-2} · mp+=mn=1.67×10−27 kgm_{\text{p}^+} = m_{\text{n}} = 1.67\times 10^{-27}\text{ kg} · c=3.0×108 m⋅s−1c = 3.0\times 10^8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}

μ0=4π×10−7 T⋅m⋅A−1\mu_0 = 4\pi\times 10^{-7}\text{ T}\cdot\text{m}\cdot\text{A}^{-1} · ∣qe−∣=∣qp+∣=1.6×10−19 C|q_{\text{e}^-}| = |q_{\text{p}^+}| = 1.6\times 10^{-19}\text{ C} · me−=9.11×10−31 kgm_{\text{e}^-} = 9.11\times 10^{-31}\text{ kg} · h=6.63×10−34 J⋅sh = 6.63\times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}

3B. Una onda transversal se propaga de derecha a izquierda por una cuerda muy larga con una velocidad de propagación de 30 m/s30\text{ m/s}, siendo su longitud de onda λ=1.5 m\lambda = 1.5\text{ m} y la amplitud de vibración de 0.2 m0.2\text{ m}. Tomando el origen de coordenadas en el extremo de la derecha y en el instante t=0t = 0, el extremo derecho de la cuerda se encuentra en la posición de desplazamiento nulo y sentido positivo de velocidad de oscilación. Determina:

a)

El número de ondas y la frecuencia angular.

[0.5 puntos]

b)

La ecuación que describe el movimiento ondulatorio de la cuerda.

[0.5 puntos]

c)

La velocidad y aceleración máximas de vibración alcanzadas por un punto de la onda.

[1 punto]

Enunciado: Ejercicio 3B · Física PAU Asturias Extraordinaria 2022

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) El número de ondas

Solución: 4,19 m−1/4π3 m−1/1,33π m−14{,}19\text{ m}^{-1} / \frac{4\pi}{3}\text{ m}^{-1} / 1{,}33\pi\text{ m}^{-1}

a) La frecuencia angular

Solución: 40π rad/s/125,66 rad/s40\pi\text{ rad/s} / 125{,}66\text{ rad/s}

b) La ecuación que describe el movimiento ondulatorio de la cuerda

Solución: y(x,t)=0,2sin⁡(40πt+4π3x) m/y(x,t)=0,2cos⁡(40πt+4π3x+3π2) my(x,t) = 0{,}2\sin\left(40\pi t + \frac{4\pi}{3}x\right)\text{ m} / y(x,t) = 0{,}2\cos\left(40\pi t + \frac{4\pi}{3}x + \frac{3\pi}{2}\right)\text{ m}

c) La velocidad máxima de vibración alcanzada por un punto de la onda

Solución: 8π m/s/25,13 m/s8\pi\text{ m/s} / 25{,}13\text{ m/s}

c) La aceleración máxima de vibración alcanzada por un punto de la onda

Solución: 320π2 m/s2/3158,27 m/s2320\pi^2\text{ m/s}^2 / 3158{,}27\text{ m/s}^2

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