F ÍSICA II
Universidad Tecnológica Centroamericana
Facultad de Ingeniería
Guía de Estudio - Ondas Mecánicas
Capítulo 15
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INSTRUCCIONES: A continuación, se le presentan una serie de problemas, leálos cuidadosamente, resuélvalos en forma clara y ordenada en hojas en blanco y encerrando su respuesta en
un recuadro.
1. Una onda sinusoidal viaja a lo largo de una cuerda. El tiempo para un punto particular para
pasar del desplazamiento máximo a cero es 0.170 s. ¿Cuáles son (a) el período y (b) la frecuencia? (c) La longitud de onda es de 1.40 m. ¿Cuál es la velocidad de la onda?
Respuesta: (a) 0.680 s, (b) 1.47 Hz, (c) 2.06 m/s
2. Una onda sinusoidal que se mueve a lo largo de una cuerda se muestra dos veces en la figura,
mientras la cresta A viaja en la dirección positiva de un eje x por una distancia d = 6.0 cm
en 4.0 ms. Las marcas de verificación a lo largo del eje están separadas por 10 cm; la altura
H = 6.00 mm. Si la ecuación de onda tiene la forma: y(x, t) = ym sin(kx ± ωt). ¿Cuáles son (a) ym ,
(b) k (c) ω
Respuesta: (a) 3.00 mm, (b) k = 16 rad/m, (c) 240 rad/s
3. ¿Cuál es la velocidad de una onda transversal en una cuerda de longitud 2.00 m y masa 60.0 g
bajo una tensión de 500 N?
Respuesta: 129 m/s
4. Una cuerda fija en ambos extremos tiene 8.40 m de largo y tiene una masa de 0.120 kg. Se
somete a una tensión de 96.0 N y se pone en oscilación. (a) ¿Cuál es la velocidad de las ondas
en la cuerda? (b) ¿Cuál es la longitud de onda más larga posible para una onda estacionaria?
(c) Calcule la frecuencia de esa onda.
Respuesta: (a) 82 m/s (b) 16.80 m, (d) 4.88 Hz
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5. En la figura se muestra una cuerda atada a un oscilador sinusoidal en P y al pasar por un
soporte en Q, es estirada por un bloque de masa m. Separación L = 1.20 m, densidad lineal
µ = 1.60 g/m, y la frecuencia del oscilador f = 120 Hz. La amplitud del movimiento en P es
pequeña, suficiente para que ese punto se considere un nodo. También existe un nodo en Q.
(a)¿Qué masa m permite que el oscilador establezca el cuarto armónico en la cuerda? (b) ¿Qué
modo de onda estacionaria, si lo hay, puede ser configurada si m = 1.00kg?
Respuesta: (a) 0.846 kg, (b) no se establece una onda estacionaria.
6. Un alambre de 1.50 m tiene una masa de 8.70 g y está bajo una tensión de 120 N. El alambre
se sostiene rígidamente por ambos extremos y se coloca en oscilación. (a) ¿Cuáles la velocidad
de las ondas en el alambre? ¿Cual es la longitud de onda de las ondas que producen (b) ondas
estacionarias de un bucle y (c) de dos bucles? ¿cuál es la frecuencia de las ondas que producen
(d) ondas estacionarias de un bucle y (e) dos bucles?
Respuesta: (a) 144 m/s (b) 3 m, (c) 1.50 m, (d) 48 Hz, (e) 96 Hz
7. Un extremo de una cuerda horizontal se amarra a una varilla oscilante y el otro extremo pasa
sobre una polea, como se muestra en la figura (a). Una esfera de 2.0 kg de masa cuelga en el
extremo de la cuerda. La cuerda oscila en su segundo armónico. Un recipiente de agua se eleva
bajo la esfera de modo que ésta se sumerge por completo. En esta configuración, la cuerda
vibra en su quinto armónico, como se muestra en la figura (b). ¿Cuál es el radio de la esfera?
Respuesta: 7.38 cm
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8. Un objeto de 12 kg cuelga en equilibrio de una cuerda con una longitud total de L = 5.0 m y una
densidad de masa lineal µ = 0.001 kg/m. La cuerda se enrolla alrededof de dos poleas ligeras
sin fricción separadas una distancia d = 2 m (ver figura a). (a) Determine la tensión en la cuerda.
(b) ¿A qué frecuencia debe vibrar la cuerda entre las poleas para formar el patrón de onda
estacionaria que se muestra en la figura b?
Respuesta: (a) 78.90 N, (b) 211 Hz
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