Problema 1 · Física PAU Castilla-La Mancha Ordinaria 2021

Tema: Ondas mecánicas y sonido · Del examen Ordinaria (2021)

Enunciado

Una fuente situada en el origen de coordenadas (x1=0x_1=0) genera ondas armónicas que se propagan con una velocidad de 10 m/s10\text{ m/s} en la dirección del eje X positivo. Las ondas tienen amplitud 20 cm20\text{ cm} y frecuencia ν=5 Hz\nu=5\text{ Hz}. El desfase inicial es nulo.

a)

Determina la frecuencia angular y el número de ondas de la fuente.

b)

Escribe la función de onda y el valor que tiene en el punto x=10 mx=10\text{ m} cuando t=0.975 st=0.975\text{ s}.

c)

¿En qué posición (x2x_2) podríamos colocar una segunda fuente idéntica y en fase con la primera para que la interferencia de ambas en este punto x=10 mx=10\text{ m} fuese completamente destructiva? ¿Y totalmente constructiva? Justifica la respuesta.

Ayuda: sen(a)+sen(b)=2 sen(a+b2) cos⁡(a−b2)\text{sen}(a) + \text{sen}(b) = 2\,\text{sen}\left(\frac{a+b}{2}\right)\,\cos\left(\frac{a-b}{2}\right)

Enunciado: Problema 1 · Física PAU Castilla-La Mancha Ordinaria 2021

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Determina la frecuencia angular de la fuente.

Solución: 10π rad/s10\pi\text{ rad/s} / 31,42 rad/s31{,}42\text{ rad/s}

a) Determina el número de ondas de la fuente.

Solución: π rad/m\pi\text{ rad/m} / 3,14 rad/m3{,}14\text{ rad/m}

b) Escribe la función de ondas para (x,t)(x,t).

Solución: y(x,t)=0,2 sen(10πt−πx)y(x,t) = 0{,}2\,\text{sen}(10\pi t - \pi x) / y(x,t)=0,2 sen(πx−10πt)y(x,t) = 0{,}2\,\text{sen}(\pi x - 10\pi t)

b) Calcula el valor que tiene en el punto x=10 mx=10\text{ m} cuando t=0,975 st=0{,}975\text{ s}.

Solución: −0,2 m-0{,}2\text{ m} / −0,141 m-0{,}141\text{ m} / −20 cm-20\text{ cm} / −14,1 cm-14{,}1\text{ cm}

c) ¿En qué posición (x2x_2) podríamos colocar una segunda fuente idéntica y en fase con la primera para que la interferencia de ambas en este punto x=10 mx=10\text{ m} fuese completamente destructiva? ¿Y totalmente constructiva? Justifica la respuesta.

Solución: Destructiva: x2=11 mx_2 = 11\text{ m} (o cualquier x2=10±(2n+1)x_2 = 10 \pm (2n+1) m). Constructiva: x2=12 mx_2 = 12\text{ m} (o cualquier x2=10±2nx_2 = 10 \pm 2n m).

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