b) La ecuación general de una onda armónica es y(x,t)=A sen(kx−ωt), donde A es la amplitud, k el número de onda y ω la frecuencia angular. Comparando la ecuación dada y(x,t)=0,6 sen(3,125⋅10−7x–1,25⋅10−3t) (S.I.) con la forma general, identificamos los siguientes valores:A=0,6 m k=3,125⋅10−7 rad⋅m−1 ω=1,25⋅10−3 rad⋅s−1 i) Calcule la longitud de onda, frecuencia y velocidad de propagación de la onda.La longitud de onda (λ) se relaciona con el número de onda (k) mediante la expresión:
k=λ2π⇒λ=k2π λ=3,125⋅10−7 rad⋅m−12π rad≈2,0096⋅107 m La frecuencia (f) se relaciona con la frecuencia angular (ω) mediante la expresión:
ω=2πf⇒f=2πω f=2π rad1,25⋅10−3 rad⋅s−1≈1,9894⋅10−4 Hz La velocidad de propagación (v) de la onda se puede calcular de dos formas:
v=kω v=3,125⋅10−7 rad⋅m−11,25⋅10−3 rad⋅s−1=4000 m⋅s−1 O bien:
v=(2,0096⋅107 m)⋅(1,9894⋅10−4 Hz)≈4000 m⋅s−1 ii) Si se produce un seísmo a una distancia de 400 km de una ciudad, ¿cuánto tiempo transcurre hasta que se perciben los efectos del seísmo en la población? ¿Con qué velocidad máxima oscilarán las partículas del medio?Para calcular el tiempo que transcurre, usamos la relación entre distancia, velocidad y tiempo:
d=v⋅t⇒t=vd La distancia es 400 km=400⋅103 m. La velocidad de propagación calculada es v=4000 m⋅s−1.
t=4000 m⋅s−1400⋅103 m=100 s La velocidad de oscilación de las partículas del medio (vy(x,t)) se obtiene derivando la ecuación de la onda respecto al tiempo:
y(x,t)=A sen(kx−ωt) vy(x,t)=∂t∂y=−Aω cos(kx−ωt) La velocidad máxima de oscilación (vmax) ocurre cuando el término cos(kx−ωt) es ±1. Por lo tanto:
vmax=Aω vmax=(0,6 m)⋅(1,25⋅10−3 rad⋅s−1)=0,75⋅10−3 m⋅s−1=7,5⋅10−4 m⋅s−1