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496 Capítulo 17 Ondas sonoras
¿puede escuchar el ronroneo estable de la podadora de su vecino?
Haga un cálculo de un orden de magnitud para sustentar
su respuesta y establezca los datos que mida o estime.
31. Mientras la gente canta en la iglesia, el nivel sonoro en todas
partes en el interior es de 101 dB. Ningún sonido se transmite
a través de las grandes paredes, pero todas las ventanas y
puertas están abiertas una mañana de verano. Su área total
es de 22.0 m 2 . a) ¿Cuánta energía sonora se radia en 20.0
min? b) Suponga que el suelo es un buen reflector y que el
sonido radia uniformemente en todas direcciones horizontalmente
y hacia arriba. Encuentre el nivel sonoro a 1.00 km de
distancia.
32. Unos padres expectantes están emocionados por escuchar el
latido cardiaco de su bebé nonato, revelado por un detector
de movimiento ultrasónico. Suponga que la pared ventricular
del feto se mueve en movimiento armónico simple con una
amplitud de 1.80 mm y una frecuencia de 115 por minuto.
a) Encuentre la rapidez máxima lineal de la pared cardiaca.
Suponga que el detector de movimiento en contacto con el
abdomen de la madre produce sonido a 2 000 000.0 Hz, que
viajan a través del tejido a 1.50 km/s. b) Encuentre la frecuencia
máxima a la cual el sonido llega a la pared del corazón del
bebé. c) Encuentre la frecuencia máxima a la cual el sonido
reflejado se recibe en el detector de movimiento. Al “escuchar”
electrónicamente los ecos a una frecuencia diferente de
la frecuencia transmitida, el detector de movimiento puede
producir sonido corto y agudo audible en sincronización con
el latido fetal.
33. Un conductor viaja hacia el norte sobre una autopista con
una rapidez de 25.0 m/s. Una patrulla de caminos, que viaja
hacia el sur con una rapidez de 40.0 m/s, se aproxima con su
sirena produciendo sonido a una frecuencia de 2 500 Hz. a)
¿Qué frecuencia observa el conductor mientras se aproxima
la patrulla? b) ¿Qué frecuencia detecta el conductor después
de que lo rebasa la patrulla? c) Repita los incisos a) y b) para
cuando la patrulla viaje hacia el norte.
34. Un bloque con una bocina atornillada a él se conecta a un resorte
que tiene una constante de resorte k 20.0 N/m, como
se muestra en la figura P17.34. La masa total del bloque y la
bocina es de 5.00 kg, y la amplitud de movimiento de esta unidad
es 0.500 m. a) La bocina emite ondas sonoras de 440 Hz de
frecuencia. Determine las frecuencias más alta y más baja que
escucha una persona a la derecha de la bocina. b) Si el nivel
sonoro máximo que escucha la persona es de 60.0 dB cuando
está más cerca de la bocina, a 1.00 m de distancia, ¿cuál es el
nivel sonoro mínimo que escucha el observador? Suponga que
la rapidez del sonido es de 343 m/s.
35. De pie en un crucero, usted escucha una frecuencia de 560 Hz
de la sirena de una ambulancia que se aproxima. Después de
que la ambulancia pasa, la frecuencia observada de la sirena
es de 480 Hz. Determine la rapidez de la ambulancia a partir
de estas observaciones.
36. En los juegos olímpicos de invierno, una atleta monta en
su luge por la pista mientras una campana justo arriba de la
pared del tobogán suena continuamente. Cuando el luge pasa
la campana, la atleta escucha que la frecuencia de la campana
cae por el intervalo musical llamado tercer menor. Esto es,
la frecuencia que ella escucha cae a cinco sextos de su valor
original. a) Encuentre la rapidez del sonido en el aire a la
temperatura ambiente de 10.0°C. b) Encuentre la rapidez
de la atleta.
37. Un diapasón que vibra a 512 Hz cae desde el reposo y acelera
a 9.80 m/s 2 . ¿Qué tan abajo del punto de liberación se encuentra
el diapasón cuando ondas de 485 Hz de frecuencia llegan
al punto de liberación? Considere que la rapidez del sonido
en el aire es de 340 m/s.
38. Una sirena montada en el techo de una estación de bomberos
emite sonido con una frecuencia de 900 Hz. Un viento estable
sopla con una rapidez de 15.0 m/s. Si considera que la rapidez
del sonido en aire tranquilo es de 343 m/s, encuentre la longitud
de onda del sonido a) a favor del viento de la sirena y b)
contra el viento de la sirena. Los bomberos se aproximan a la
sirena desde diferentes direcciones a 15.0 m/s. ¿Qué frecuencia
escucha un bombero c) si se aproxima desde una posición
a favor del viento, de modo que se mueve en la dirección en
la que el viento sopla, y d) si se aproxima desde una posición
contraria al viento?
39. Un avión supersónico que viaja a Mach 3.00 a una altura de
20 000 m está directamente arriba de una persona en el tiempo
t 0, como se muestra en la figura P17.39. a) ¿En qué tiempo
la persona encontrará la onda de choque? b) ¿Dónde estará
el avión cuando finalmente se escuche el “estallido”? Suponga
que la rapidez del sonido en el aire es de 335 m/s.
t 0
Observador
a)
u
h
h
Figura P17.39
x
b)
u
El observador escucha
el “estallido”
k
m
Figura P17.34
x
40. El bucle del látigo de un maestro de pista de circo viaja a Mach
1.38 (esto es, v S /v 1.38). ¿Qué ángulo forma el frente de
choque con la dirección de movimiento del látigo?
41. Cuando partículas con cargas de alta energía se mueven a
través de un medio transparente con una rapidez mayor que
la rapidez de la luz en dicho medio, se produce una onda
de choque, u onda de proa, de luz. Este fenómeno se llama
efecto Cerenkov. Cuando un reactor nuclear se blinda mediante
una gran alberca de agua, la radiación Cerenkov se puede ver
como un brillo azul en la vecindad del núcleo del reactor de-
2 intermedio; 3 desafiante; razonamiento simbólico; razonamiento cualitativo