Tema 3. Sonido
1. ¿Cómo se produce una onda sonora? 2. ¿Cómo se propagan las ondas sonoras? 3. ¿Puede transmitirse el sonido en el vacío?
4. ¿En qué medios pueden propagarse las ondas sonoras? ¿En cuál lo hace con mayor velocidad?
5. ¿Entre qué frecuencias se considera sonora una onda mecánica longitudinal? 6. ¿Cómo varía con la temperatura la velocidad de propagación del sonido en un gas? 7. ¿Cómo varía con la distancia la intensidad del sonido si lo consideramos como una
onda esférica?
8. ¿Cómo se define el nivel de intensidad de una onda sonora? ¿En qué unidades se expresa?
9. ¿Qué fenómenos se relacionan con la reflexión del sonido? 10. ¿Qué fenómenos se relacionan con la refracción del sonido? 11. ¿Cuándo se produce eco?
12. ¿Qué es la intensidad de una onda y en qué unidades se mide? ¿La intensidad depende de la amplitud, de la frecuencia, o de ambas? ¿Qué es la intensidad sonora y en qué unidades se mide?
13. En un mismo medio, ¿a quién corresponde una mayor longitud de onda: a un sonido grave o a uno agudo?
14. Dos sonidos distintos tienen la misma frecuencia y la misma amplitud. ¿Tienen igual tono? ¿Y la misma intensidad? ¿Es igual su timbre?
15. Dos ondas tienen la misma amplitud pero una es audible y la otra es un ultrasonido que no se puede oír. ¿Cuál tiene mayor energía?
16. Relaciona los conceptos de la columna izquierda con los de la derecha:
1. Micrófono. Frecuencia.
2. Agudo. Transforma sonido en electricidad.
3. Absorción. Amplificación de vibraciones.
4. Intensidad. Energía del sonido.
5. Resonancia. Pérdida de energía.
17. ¿Cuál de los siguientes factores influye en la velocidad de propagación del sonido en el aire?
a. La intensidad del sonido. b. El tono del sonido. c. La temperatura del aire. d. El timbre del sonido.
18. A un metro de un foco puntual, el sonido que emite tiene una intensidad I. A dos metros de dicho foco, la intensidad del sonido es:
19. Dos ondas sonoras son iguales en amplitud y en velocidad de propagación (la del sonido), pero la frecuencia de una de ellas es triple que la de la otra. La intensidad de la primera respecto de la segunda es:
a. Nueve veces mayor. b. Tres veces mayor. c. Tres veces menor. d. Nueve veces menor. 20. El nivel de intensidad sonora:
a. Se mide en W m-2. b. No tiene dimensiones.
c. Es igual a la intensidad de la onda sonora.
d. Es directamente proporcional a la intensidad de la onda sonora. 21. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
a. La frecuencia que tiene una onda en un medio depende de las propiedades de éste.
b. El sonido necesita un medio material para propagarse.
c. Para una cuerda dos instantes separados por un tiempo igual a tres veces el período están en oposición de fase.
d. La intensidad de una onda esférica decrece proporcionalmente con la distancia al foco.
22. En general, un sonido se transmite mejor en: a. El vacío que en un gas.
b. Un sólido que en un líquido. c. Un líquido que en un sólido. d. Un gas que en un líquido.
23. Las ondas con las que se realizan las ecografías en Medicina son: a. lnfrasonidos.
b. Sonidos audibles. c. Ultrasonidos.
d. Microondas, como el radar.
24. Un sonido es tanto más agudo cuanto mayor es su: a. Intensidad.
b. Frecuencia. c. Sonoridad. d. Amplitud.
25. ¿Cuál de los siguientes factores influye en la velocidad de propagación del sonido en el aire?
26. Si cambian a la vez el tono y la intensidad de un sonido procedente de una trompeta, ¿cuáles de las siguientes magnitudes tienen que cambiar necesariamente?
a. Frecuencia y longitud de onda. b. Solo la frecuencia.
c. Solo la longitud de onda.
d. Amplitud, frecuencia y longitud de onda. 27. Para el sonido, cuando se propaga:
a. No varía la amplitud, la frecuencia ni la longitud de onda. b. Su velocidad aumenta cuando lo hace la densidad del medio. c. Lo puede hacer en el vacío.
d. Es una onda mecánica. 28. La sonoridad se expresa en:
a. Sonómetros. b. Hercios. c. Decibelios. d. W m-2.
29. Las figuras corresponden a la observación oscilográfica de diferentes sonidos. En todas ellas, las escalas de tiempos (abscisas) y elongaciones (potenciales, en ordenadas) son las mismas. Indica cuál(es) corresponde(n) a:
a. El sonido más agudo. b. El más grave.
c. El más bajo.
d. El de menor frecuencia.
30. La figura corresponde a la observación oscilográfica de un sonido puro. Sabiendo que en el eje de abscisas se representa el tiempo, de forma que cada división corresponde a 1 ms, determina la frecuencia del sonido.
31. La frecuencia de una onda sonora en el aire a Oº C es de 520 Hz. ¿Cuál es su longitud de onda?
33. Una onda sonora que se propaga en el aire tiene una frecuencia de 260 Hz. Calcula el periodo de esta onda y su longitud de onda.
34. El oído humano puede percibir sonidos de frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20000 Hz, aproximadamente; ¿cuáles son las longitudes de onda en el aire que corresponden a estas frecuencias? Dato: velocidad del sonido en el aire = 340 m/s. 35. Tres cuerdas de arpa (A, B, C) emiten sonidos cuyas frecuencias son, respectivamente:
1000, 2000 y 3000 Hz.
a. ¿Qué cuerda da el sonido más agudo? b. ¿Cuál es la de mayor longitud?
36. La velocidad de propagación de una onda transversal en una cuerda de guitarra depende de la tensión aplicada (T) según la ecuación: √ ⁄ , siendo la densidad lineal de la cuerda, una magnitud característica de la misma. A partir de esta ecuación, deduce las unidades de en el Sistema Internacional.
37. Un sonido emitido en el aire tiene una frecuencia de 440 Hz. ¿Cuál es su longitud de onda en el aire? Si el mismo sonido se produjera en el agua, ¿cuál sería su frecuencia y su longitud de onda? Nota: vp en el agua, 1,50 km s-1.
38. Un sonido se propaga por el aire con una longitud de onda de 2 m y una velocidad de 340 m/s. ¿Cuál será la longitud de onda cuando se propague por el agua con una velocidad de 1500 m/s?
39. Un sonido cuya longitud de onda en el aire es de 2 m penetra en el agua, en donde se mueve con una velocidad de 1493 m/ s. ¿Cuál es su longitud de onda en el agua? 40. Dos ondas sonoras, una en el aire y otra en el agua, tienen la misma intensidad. ¿Qué
relación existe entre sus amplitudes de presión? Y si tuvieran la misma amplitud de presión, ¿qué relación guardarían sus intensidades?
41. Una fuente sonora emite un sonido de cierta intensidad. ¿Se duplica el nivel de intensidad al hacer sonar a la vez otra fuente sonora de la misma intensidad? Si no es así, ¿en qué factor aumenta?
42. Un barco emite ondas sonoras con su sonar. El eco procedente de la reflexión del sonido en el fondo del mar se escucha a los 4 s de ser emitido aquel. Calcula a qué profundidad está el fondo del mar.
Dato: velocidad del sonido en el agua de mar = 1533 m/s.
43. Si el oído humano es capaz de distinguir dos sonidos que se emiten con un intervalo de 0,1 s, ¿cuál es la distancia mínima a la que debe estar una persona de una pared para que perciba el eco? Dato: velocidad del sonido en el aire, v = 340 m s-1.
44. El oído humano es capaz de percibir frecuencias de entre 20 y 20000 Hz. Indica, justificando la respuesta, si será o no audible un sonido de 1 cm de longitud de onda. Dato: la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s.
45. La frecuencia de un sonido es de 500 Hz cuando se propaga en un medio A en el que lo hace a 100 m s-1. Si pasa a propagarse en otro medio, B, en el que su velocidad es 1000 m s-1, la frecuencia de este sonido en el medio B es:
46. Al cabo de ocho décimas de segundo de emitir un sonido, percibimos el eco debido a un obstáculo que se encuentra delante de nosotros. La distancia a la que estamos del obstáculo es:
a. 272 m. b. 544 m. c. 136 m.
d. Faltan datos para responder.
47. Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a. La intensidad de la onda sonora emitida por una fuente puntual es directamente proporcional a la distancia a la fuente.
b. Un incremento de 30 decibelios corresponde a un aumento de la intensidad del sonido en un factor de 1000.
48. Razona la veracidad o falsedad del enunciado: «Un sonido de 60 dB tiene el doble de intensidad que uno de 30 dB».
49. Un incremento de 40 dB en la sonoridad de un sonido corresponde a un incremento de la intensidad en un factor x. Deduce el valor de x.
50. Razona si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes:
a. La intensidad de la onda sonora emitida por una fuente puntual es directamente proporcional a la distancia a la fuente.
b. Un incremento de 30 dB corresponde a un aumento de la intensidad del sonido en un factor 1000.
51. Determina el nivel de intensidad, en dB, correspondiente a una onda sonora de intensidad:
a. 10-8 W/m2. b. 10-3 W/m2.
52. ¿Cuál es el nivel de intensidad sonora de una onda cuya intensidad es de 10-6 W m-2? Dato: intensidad umbral = 10-12 W m-2.
53. ¿Qué nivel de intensidad sonora (sonoridad) produce un altavoz que emite una onda sonora cuya intensidad es de 2 · 10-3 W m-2?
Dato: intensidad umbral de audición, I0 = 10-12 W m-2.
54. Dos sonidos tienen niveles de intensidades sonoras de 50 dB y 70 dB respectivamente. Calcula la relación entre sus intensidades físicas.
55. Calcula el valor del nivel de intensidad sonora de una onda de 5 · 10-3 W/m2.
56. Una marca de frigoríficos establece en su publicidad que estos electrodomésticos trabajan con un nivel de intensidad sonora máximo de 40 dB. ¿Cuál es la máxima intensidad de sonido que emiten los frigoríficos? Dato: intensidad umbral: I0 = 10-12 W m-2.
57. Un sonido de 80 dB llega al oído de un niño. Si el tímpano se considera como un círculo de 2,2 mm de radio, calcula la energía que llega al oído cada minuto.
58. Un secador de pelo tiene un nivel de intensidad de 85 dB. ¿Cuál es la intensidad de su sonido en W/m2?
60. ¿En qué fracción de intensidad debe reducirse un sonido para rebajar de 80 dB a 60 dB su nivel de intensidad?
61. Una pequeña fuente sonora emite en el espacio con una potencia uniformemente distribuida en todas las direcciones.
a. Si nos vamos alejando de la fuente, la intensidad sonora que percibimos disminuye. Explícalo. ¿Cómo depende de la distancia a la fuente la amplitud de la onda? ¿Y la intensidad?
b. Si la fuente sonora emite con 10 W de potencia, ¿a qué distancia tendrá la onda una intensidad de 0,1 W m-2?
62. Una fuente sonora puntual emite con una potencia de 80 W. Calcule: a. La intensidad sonora en los puntos distantes 10 m de la fuente.
b. ¿A qué distancia de la fuente el nivel de intensidad sonora es de 130 dB? Dato: intensidad umbral de audición, I0 = 10-12 W m-2.
63. La potencia de un foco emisor de ondas sonoras es 180 W. ¿Cuál es la intensidad de la onda a una distancia de 3 m del foco si no hay pérdidas de energía?
a. 37,7 W m-2. b. 10 W m-2. c. 0,33 W m-2. d. 1,59 W m-2.
64. Una fuente sonora puntual emite con una potencia de 80 W. Calcule: a. La intensidad sonora en los puntos distantes 10 m de la fuente.
b. ¿A qué distancia de la fuente el nivel de intensidad sonora es de 130 dB? Dato: intensidad umbral de audición, I0 = 10-12 W m-2.
65. Una pequeña fuente sonora emite en el espacio con una potencia de 10 W, uniformemente distribuida en todas las direcciones (onda esférica).
a. Calcula la intensidad del sonido a 10 m de dicha fuente, en unidades del SI. b. La intensidad de un sonido también puede medirse en decibelios.
c. Explica en qué consiste la escala decibélica de medida de intensidad acústica. d. ¿Cuál es la intensidad acústica, en dB, producida por nuestra fuente a 10 m de
distancia?
La intensidad umbral del oído humano es I0 = 10-12 W/m2.
66. Un foco sonoro emite una energía de 1,5 · 10-2 J cada minuto, observándose una amplitud de 2 mm a una distancia de 10 m del foco. Calcula la intensidad a 10 m y a 20 m del foco. ¿Cuál es la amplitud a 20 m del foco?
67. Una fuente sonora puntual emite con una potencia de 10-6 W. Calcula el nivel de intensidad sonora, expresado en dB, a 1 m del foco. ¿A qué distancia de la fuente sonora el nivel de intensidad sonora se ha reducido a la mitad del valor anterior? Dato: I0 = 10-12 W/m2.
68. Una fuente sonora puntual emite con una potencia de 80 W. Calcula:
a. La intensidad sonora (sonoridad) en los puntos distantes 10 m de la fuente. b. ¿A qué distancia de la fuente sonora la sonoridad es de 130 dB?
69. Una fuente sonora puntual emite con una potencia de salida de 70 W. Determina: a. La intensidad sonora a 5 m y a 50 m.
b. El nivel de intensidad sonora a esas distancias.
c. La distancia a la que el nivel de intensidad se reduce a 20 dB. d. La distancia a la que deja de percibirse el sonido.
70. El nivel de intensidad sonora de la sirena de un barco es de 60 dB a 10 m de distancia. Suponiendo que la sirena sea un foco emisor puntual, calcula:
a. El nivel de intensidad sonora a 1 km de distancia. b. La distancia a la que la sirena deja de ser audible. Dato: intensidad umbral de audición, I0 = 10-12 W m-2.
71. Desde una distancia de 10,0 m, un chico llama a una chica y esta oye la llamada con una sonoridad de 30 dB. Calcula:
a. La sonoridad con que la chica percibe el mismo sonido si se aleja hasta 100 m del chico.
b. La distancia a la que debería alejarse del chico para no percibir la llamada. 72. Una fuente de sonido está ajustada de tal manera que, a 10 m de distancia, la
sensación sonora que produce es de 70 dB. Calcula cuál es la sonoridad a 50 m de ella. 73. El nivel de intensidad sonora de la sirena de un barco es de 60 dB a 10 m de distancia.
Suponiendo que la sirena es un foco puntual, calcula: a. El nivel de intensidad sonora a 1 km de distancia. b. La distancia a la que la sirena deja de ser audible. Dato: intensidad umbral de audición, I0 = 10-12 W m-2.
74. Un coro está formado por 100 personas. Si la sonoridad que produce cada persona es de 40 dB, calcula la sonoridad del coro.
75. En un partido de fútbol, un espectador canta gol con un nivel de intensidad sonora 40 dB. ¿Cuál sería el nivel de intensidad sonora si gritaran a la vez y con la misma intensidad sonora los 10000 espectadores que se encuentran viendo el partido? Dato: I0 = 10-12 W/m2.
76. En un partido de fútbol un espectador canta un gol con una sonoridad de 40 dB. ¿Cuál será la sonoridad si gritaran a la vez y con la misma intensidad sonora los 1000 espectadores que se encuentran viendo el partido? I0 = 10-12 W/m2.
77. Una trompeta emite un sonido de 70 dB. ¿Cuántas trompetas deben sonar juntas para producir una sonoridad de 90 dB?
78. A una determinada distancia, un foco sonoro produce una sonoridad de 70 dB. La sensación sonora conjunta que producen dos focos como este a la misma distancia es:
a. 140 dB. b. 0 dB. c. 73 dB. d. 49 dB.
80. El tubo de escape de una moto produce un nivel de intensidad sonora de 70 dB a 5 m de ella. Suponiendo que las ondas sonoras se propagan en frentes de onda esféricos, determina:
a. La velocidad constante a la que debe alejarse la moto para que deje de escucharse por completo su ruido al cabo de 7 minutos.
b. ¿Cuántas motos iguales a la anterior se necesitarían para aumentar el nivel de intensidad sonora a 5 m de ellas hasta 80 dB?
81. Un foco puntual emite ondas sonoras esféricas de 165 Hz de frecuencia que se propagan a 330 m/s. Si la intensidad de la onda a 1 m del foco es de 1000 W/m2, determina:
a. La intensidad de la onda a 10 m del foco.
b. La diferencia de fase de la onda sonora entre ambos puntos. c. La variación del nivel de intensidad sonora entre ambos puntos.
82. Un observador recibe dos sonidos producidos simultáneamente, cuyos niveles de intensidad sonora son 70,0 dB y 60,0 dB. Calcula:
a. La intensidad del sonido resultante. b. Su nivel de intensidad sonora.
83. Se desea aislar acústicamente una sala, cubriendo sus paredes con un material absorbente. Para ello, se utiliza un cierto material en el que la intensidad del sonido se reduce a la mitad cuando atraviesa 1 cm de material. La intensidad máxima que puede pasar al exterior es 1 pW/cm2. ¿Cuál es el grosor del material aislante que debe emplearse si la intensidad interior puede alcanzar hasta 20 pW/cm2?
84. Dos ondas sonoras coherentes tienen una frecuencia de 2000 Hz y se propagan con una velocidad de 340 m/s. Calcula la diferencia de fase en un punto del medio de propagación situado a 10 m de una fuente y a 27 m de la otra. Justifica si la interferencia en ese punto es constructiva o destructiva.
85. Dos altavoces, considerados puntuales, reciben una señal del mismo amplificador y emiten ondas sonoras en fase. Si la velocidad del sonido es de 350 m/s, calcula la frecuencia más pequeña para que la interferencia en un punto que dista 2,47 m de un altavoz y 2,12 m del otro sea constructiva. ¿Cuál será la frecuencia más pequeña para que la interferencia sea destructiva?
86. Pon un tubo de 34 cm de longitud el sonido se propaga con una velocidad de 340 m/s. Calcula la menor frecuencia de excitación sonora para la que se formará una onda estacionaria en el interior del tubo si:
a. Tiene sus dos extremos abiertos a la atmósfera. b. Tiene un extremo abierto y el otro cerrado.
87. La cuerda mi de un violín vibra a 659,26 Hz en el modo fundamental. La cuerda tiene una longitud de 32 cm.
a. Obtén el período de la nota mi y la velocidad de las ondas en la cuerda.
b. ¿En qué posición, incluidos los dos extremos, se debe presionar para producir la nota fa, de 698,46 Hz de frecuencia?
