Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 9. Sonido

9. Un sonido tiene una frecuencia de 440 Hz. ¿Cuál es longitud de onda de este sonido en el aire y en el agua?

Datos: velocidad del sonido en el aire = 340 m/s y la velocidad del sonido en el agua = 1435 m/s

v = f λ

 

donde

v = velocidad del sonido   = 340 m/s

f = frecuencia = 440 Hz

λ = longitud de onda

 

Reemplazando y despejando λ

λ = c / f

 

Aire ( v = 340 m/s) ------------------ λ = 340 m/s / 440 Hz = 0,77 m

Agua ( v = 1.435 m/s) --------------- λ = 1.435 m/s / 440 Hz = 3,26 m

Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 8. Sonido

8. La frecuencia mínima perceptible para el oído humano es 20 Hz y la máxima es aproximadamente 20 kHz. Calcule la longitud de onda (λ) para cada una de las frecuencias.

Datos: velocidad del sonido en el aire 340 m/s

 

v = f λ

 

donde

v = velocidad del sonido  = 340 m/s

f = frecuencia

λ = longitud de onda

 

reemplazando y despejando λ

λ = c / f

 

f = 20 Hz -------------- λ = 340 m/s / 20 Hz = 17 m

f = 20 kHz = 20.000 Hz -------------- λ = 340 m/s / 20.000 Hz = 0,017 m

 

Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 7. Sonido

7. Calcule la intensidad (I) de un sonido que tiene 35 dB de nivel de sensibilidad (NS).

Datos: Io = 10^-12 W/m²

 

NS = 10 dB log ( I / Io)

 

Donde

NS = nivel de sensibilidad = 35 dB

I = intensidad del sonido

Io = umbral auditivo = 10^-12 W/m²

 

Reemplazando y despejando I

I  = 10^(NS /10 dB) *Io =  10^(35 dB /10 dB) *10^-12 W/m²  = 3,16 x 10^^-9 W/m²

Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 6. Sonido

 6. Calcule el nivel de sensibilidad (NS) para un sonido con una intensidad de 10^-5 W/m².

Datos: I0 = 10^-12 W/m²

 

NS = 10 dB log ( I / Io)

 

Donde

NS = nivel de sensibilidad

I = intensidad del sonido = 10^-5 W/m²

Io = umbral auditivo = 10^-12 W/m²

 

Reemplazando

NS = 10 dB log (10^-5 W/m² / 10^-12 W/m² ) = 10 dB log (10⁷ ) = 70 dB

Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 5. Sonido

5. Las ondas sonoras son ondas longitudinales en aire. La velocidad del sonido depende de la

temperatura; a 20°C, es de 344 m/s.

Calcule la longitud de onda de una onda sonora en aire a 20 °C, si la frecuencia es de 262 Hz

v = f λ

 

donde

v = velocidad del sonido  = 344 m/s

f = frecuencia = 262 Hz

λ = longitud de onda

 

reemplazando y despejando λ

λ = c / f = 344  m/s / 262 Hz = 1,298  m

Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 4. Luz

4. Sabiendo que la velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío (c) es de 300.000 km/s,

calcule la frecuencia y la longitud de onda de una onda que tiene un período (T) de 0,001 s

 

f = 1/ τ

 

donde

f = frecuencia

τ = periodo = 0,001 seg

 

reemplazando

f =  1 / 0,001 s = 1.000 Hz

 

c = f λ

 

donde

c = velocidad de la onda = 300.000 km/s = 3 x 10⁸ m/s

λ = longitud de onda

 

reemplazando y despejando λ

λ = c / f = 300.000 km/s / 1.000 Hz = 300 km

Biofísica UBA XXI Guia 6 Ondas 3. Luz

3. Calcule el ángulo límite de un rayo que pasa por estos dos medios: nΩ = 1,25 y nδ = 1,7. Haga el esquema correspondiente.

 

 

nδ sen αδ = nΩ sen αΩ ( Ley de Snell)

 

donde

 nδ = índice de refracción δ = 1,7

αδ = ángulo de incidencia medio δ

nΩ = índice de refracción del medio Ω = 1,25

αΩ = ángulo de refracción en el medio Ω = ángulo limite = 90º

 

El  ángulo limite solo se produce en ondas que se propagan en   n incidencia > n refracción

 

Reemplazando y despejando αδ

Sen αδ = nΩ sen αΩ / nδ = 1,25 / 1,7 = 0,735

αδ = arco sen ( 0,73) = 47,33º

Biofísica UBA XXI Guia 6 Ondas 2. Luz

2. Un haz de luz pasa del aire a un medio, donde se propaga a 1,5 . 10⁸ m/s, con un ángulo de

incidencia de 60°. Calcule el ángulo de refracción.  Haga el esquema correspondiente.

Datos: naire = 1

 

 

n1 sen α1 = n2 sen α2 ( Ley de Snell)

 

donde

n1 = índice de refracción del aire=  1

α1 = ángulo de incidencia en el aire = 60º

n2 = índice de refracción del medio  = c / c2

co = velocidad de la luz en el vacío = 300.000 km/s = 3 x 10⁸ m/s

c2 = velocidad de la luz en el medio = 1,5 x 10⁸ m/s

α2 = ángulo de refracción en el medio

 

Reemplazando y despejando α2

Sen α2 = n1 sen α1 / (c/c2) = 1 sen 60º  1,5 x 10⁸ m/s / 3 x 10⁸ m/s = 0,433

α2 = arcos en ( 0,433) = 25,66º

Biofísica UBA XXI Guía 6 Ondas 1. Luz

1. Calcule la velocidad de la luz en un aceite que tiene un índice de refracción(n) de 1,4.

Datos: velocidad de la luz en el vacío = 300.000 km/s

 

n = c / v

 

donde

n = índice de refracción = 1,4

c = velocidad de la luz en el vacío = 300.000 km/s

v = velocidad de la luz en el aceite

 

reemplazando y despejando v

v = c / n = 300.000 km/s / 1,4 = 214.286 km/s

Biofísica UBA XXI Guía 6. Ondas Indice

Biofísica UBA XXI Unidad 6. Ondas

Luz 

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2. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-guia-6-2-luz.html

3. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-guia-6-3-luz.html

4. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-6-ondas-4-luz.html

´

Sonido

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6. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-guia-6-ondas-6-sonido.html

7. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-guia-6-ondas-7-sonido.html

8. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-guia-6-ondas-8-sonido.html

9. https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-guia-6-ondas-9-sonido.html

Indice UBA XII

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Indice general

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Biofísica UBA XXI Indice

Biofísica  UBA XXI  Indice

Guías

Guía 1. Mecánica

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Guía 2. Fluido

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Guía 3. Termodinámica

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Guía 4. Fisicoquímica

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Guía 5. Electricidad

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Guía 6. Ondas

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Examen Formativo

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Parciales

Primeros parciales

Primeros parciales (2019)

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Primeros parciales (2022)

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Primeros parciales (2023)

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Primeros parciales (2024)

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Segundo parciales

Segundos parciales (2019)

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Segundos parciales (2022)

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Segundos parciales (2023)

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Segundos parciales (2024)

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Finales

2019

Febrero 19 

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Julio 19

https://noemifisica.blogspot.com/2022/04/biofisica-uba-xxi-final-jul-19.html

Diciembre 19

https://noemifisica.blogspot.com/2022/05/biofisica-uba-xxi-final-dic-19.html

2020

Febrero 20

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Octubre 20 (virtual)

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2021

Febrero 21 (virtual)

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Marzo 21 (virtual)

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2022

Febrero y Marzo 22 (virtual)

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2023

Febrero 23 

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2024

Julio 24 y Diciembre 24

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2025

Julio 25

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Indice 

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Física UBA XXI Final 21 16 Dinámica

Para llevar una caja fuerte a la parte superior de una rampa, una persona tirara de ella empleando una cuerda que en su parte media tiene un resorte de acero cuya constante elástica es 9600 N/m y que en reposo mide 18,0 cm. La rampa forma un ángulo de 15,0º respecto de la horizontal, la caja fuerte tiene una masa de 130 kg y el valor de coeficiente de fricción estático entre la caja y la rampa es 0,345. Cuál es la longitud del resorte cuando la persona tire de la cuerda con la fuerza necesaria para que la caja fuerte empiece a moverse?

□ a. 21,4 cm

□ b. 22,4 cm

□ c. 24,3 cm

■ d. 25,9 cm

 

Según x --- > Fe – Px – Froz = 0

Según y --- > N – Py = 0

 

Donde

Fe = fuerza elástica = K Δx

K = constaste elástica del resorte = 9600 N/m

Δx = deformación del resorte = x – xo

x = longitud del resorte estirado

xo = longitud natural = 18 cm

 

Px = componente del peso según x = P sen 15º

P = peso de la caja fuerte = m g

m  = masa de la caja fuerte = 130 kg

g = aceleración de la gravedad  = 9,8 m/s²

Froz = fuerza de rozamiento = µe N

µe = coeficiente de rozamiento estático = 0,345

N = normal (reacción del plano)

Py = componente del peso según y = P cos 15º

 

Reemplazando y despejando Fe

Fe = Px + Froz = Px + µe N = Px + µe Py

Fe = m g sen 15 + µe m g cos 15 = m g (sen 15 + µe cos 15) =

Fe = 130 kg 9,8 m/s² (sen 15 + 0,345 cos 15) = 754,29 N

 

Reemplazando en la Fe y despejando x

x = Fe / K +  xo = 754,29 N / 9600 N/m + 0,18 m = 0,2586 m = 25,9 cm

 

Biofísica UBA XXI Guía 5.17. Electricidad

17. Para el siguiente circuito, calcule:

Datos: Rtotal= 4.6 Ω

a) La diferencia de potencial en cada tramo del circuito

V = 100 V ---------- diferencia de potencial en cada tramo (paralelo)

b) La resistencia R3

R1, R2 y R3  están en paralelo

Rtot = 1 / (1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3)

Reemplazando y despejando R3

R3 = 1 / (1/ Rtot - 1/ R1 - 1/ R2) = 1 / (1/ 4,6 Ω - 1/ 10 Ω - 1/ 20 Ω) = 14,84 Ω  ---- resistencia 3

c) La intensidad total del circuito y en cada resistencia

V = R I (Ley de Ohm)

Donde

V = diferencia de potencial = 100 V

R = resistencia equivalente

I = intensidad del circuito

Reemplazando y despejando I

I = V / R

R1 = 10 Ω -------------- I1 = V / R1 = 100 V / 10 Ω = 10 A

R2 = 20 Ω -------------- I2 = V / R2 = 100 V / 20 Ω = 5 A

R3 = 14,84 Ω ---------- I3 = V / R3 = 100 V / 14,84 Ω = 6,74 A

Itot = I1 + I2 + I3 = 10 A + 5 A + 6,74 A = 21,74 A

Otro método

Reemplazando y despejando I en la Ley de Ohm

Itot = V / R = 100 V / 4,6 Ω  = 21,74 A

Biofísica UBA XXI Guía 5.16. Electricidad

16. Para el siguiente circuito, calcule:

a) La diferencia de potencial en cada tramo del circuito

V = 15 V --------- diferencia de potencial en cada tramo del circuito (paralelo)

b) La intensidad total de corriente y para cada resistencia

V = R I (Ley de Ohm)

Donde

V = diferencia de potencial = 15 V

R = resistencia

I = intensidad

Reemplazando y despejando I

I = V / R

R1 = 30 Ω -------------- I1 = V / R1 = 15 V / 30 Ω = 0,5 A

R2 = 15 Ω -------------- I2 = V / R2 = 15 V / 15 Ω = 1 A

R3 = 45 Ω -------------- I3 = V / R3 = 15 V / 45 Ω = 0,33 A

Itot = I1 + I2 + I3 = 0,5 A + 1 A + 0,33 A = 1,83 A ---------- intensidad total

c) La resistencia total del circuito

R1, R2 y R3  están en paralelo

Rtot = 1 / (1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3) = 1 / (1/ 30 Ω + 1/ 15 Ω + 1/ 45 Ω) = 8,18 Ω  ---- resistencia total

Otro método

Reemplazando y despejando R en la Ley de Ohm

Rtot = V / I = 15 V / 1,83 A  = 8,18 Ω

Biofísica UBA XXI Guía 5.15. Electricidad

15. Para el circuito graficado, calcule

Datos:

Itotal: 3 A (ampere)

Rtotal: 60 Ω

R1: 10 Ω

R3: 30 Ω

a) Resistencia total del circuito

Rtotal = 60 Ω

b) Intensidad de corriente total y para cada tramo del mismo

Itotal = 3 A --------- intensidad total y en cada tramo del circuito (serie)

c) La diferencia de voltaje en cada resistencia

Rtotal = R1 + R2 + R3 (resistencias en serie)

Reemplazando y despejando R2

R2 = Rtotal – R3 – R1 = 60 Ω– 30 Ω– 10 Ω = 20 Ω

V = R I (Ley de Ohm)

Donde

V = diferencia de potencial

R = resistencia

I = intensidad del circuito= 3A

R1 = 10 Ω -------------- V1 = R1 I = 10 Ω 3 A = 30 V

R2 = 20 Ω -------------- V2 = R2 I = 20 Ω 3 A = 60 V

R3 = 30 Ω -------------- V3 = R3 I = 30 Ω 3 A = 90 V

Biofísica UBA XXI Guía 5.14. Electricidad

14. Para el circuito que se presenta a continuación, calcule:

a) Resistencia total del circuito

Todas las residencias del circuito están en serie

Req = 20 Ω + 10 Ω + 30 Ω = 60 Ω  ------------- resistencia equivalente

b) Intensidad de corriente total y para cada tramo del mismo

V = R I (Ley de Ohm)

Donde

V = diferencia de potencial = 12 V

R = resistencia equivalente = 60 Ω

I = intensidad del circuito

Reemplazando y despejando I

I = V / R = 12 V / 60 Ω = 0,2 A --------- intensidad total y en cada tramo del circuito (serie)

c) La diferencia de voltaje en cada resistencia

R1 = 20 Ω -------------- V1 = R1 I = 20 Ω 0,2 A = 4 V

R2 = 10 Ω -------------- V2 = R2 I = 10 Ω 0,2 A = 2 V

R3 = 30 Ω -------------- V3 = R3 I = 30 Ω 0,2 A = 6 V

Biofísica UBA XXI Guía 5.13. Electricidad

13. Calcule la fuerza necesaria para trasladar una carga de 1 C una distancia de 1x10^-3 hm de una cara a la otra de un capacitor que presenta una diferencia de potencial de:

a) 10 V

b) 10 mV

c) 10 KV

F = Q E

Donde

F = fuerza eléctrica

Q = carga = 1 C

E = campo eléctrico = V / d

V = diferencia de potencial

d = distancia entre placas =  1 x 10^-3 hm = 0,1 m

Reemplazando

V = 10 V ------------------- F = Q V / d = 1 C 10 V / 0,1 m = 100 N ----------- fuerza eléctrica

V = 10 mV = 0,01 V------ F = Q V / d = 1 C 0,01 V / 0,1 m = 0,1 N ----------- fuerza eléctrica

V = 10 kV = 10.000 V --- F = Q V / d = 1 C 10.000 V / 0,1 m = 100.000 N ----------- fuerza eléctrica

Biofísica UBA XXI Guía 5.12. Electricidad

12. Si a una carga de 0,5 C se le realiza un trabajo de 20 J para trasladarla a través de un capacitor que tiene un campo eléctrico de 10 N/C. ¿Cuál es la distancia entre placas?

W = Q V

Donde

W = trabajo = 20 J

Q = carga = 0,5 C

V = diferencia de potencial = E d

E = campo eléctrico = 10 N/C

d = distancia entre placas

Reemplazando y despejando d

d = W / ( Q E) = 20 J / ( 0,5 C 10 N/C) = 4 m ---------- distancia