a) Justificación de la veracidad o falsedad de las afirmaciones:i) La amplitud de una onda estacionaria en un vientre es el doble de la amplitud de las ondas armónicas que la producen.Una onda estacionaria se forma por la superposición de dos ondas armónicas idénticas que viajan en direcciones opuestas. Si las ondas incidentes son de la forma y1=Asin(kx−ωt) y y2=Asin(kx+ωt), la onda resultante es:
y=y1+y2=Asin(kx−ωt)+Asin(kx+ωt) Aplicando la identidad trigonométrica sinα+sinβ=2sin(2α+β)cos(2α−β), obtenemos:
y=2Asin(kx)cos(−ωt)=2Asin(kx)cos(ωt) La amplitud de la onda estacionaria en una posición x es Aestacionaria(x)=∣2Asin(kx)∣. Un vientre (antinodo) es un punto donde la amplitud es máxima, lo que ocurre cuando ∣sin(kx)∣=1. En estos puntos, la amplitud es:
Avientre=2A⋅1=2A Por lo tanto, la amplitud de una onda estacionaria en un vientre es el doble de la amplitud A de las ondas armónicas progresivas que la producen. La afirmación es verdadera.
ii) La distancia entre un nodo y un vientre consecutivo, en una onda estacionaria, es igual a media longitud de onda.En una onda estacionaria, los nodos son puntos donde la amplitud es siempre cero, es decir, 2Asin(kx)=0, lo que implica kx=nπ, donde n=0,1,2,.... Por tanto, las posiciones de los nodos son xN=n2λ.Los vientres (antinodos) son puntos donde la amplitud es máxima, es decir, ∣sin(kx)∣=1, lo que implica kx=(n+21)π, donde n=0,1,2,.... Por tanto, las posiciones de los vientres son xV=(n+21)2λ=(2n+1)4λ.Tomemos un nodo en xN=0 (para n=0). El vientre consecutivo más cercano se encuentra en xV=4λ (para n=0). La distancia entre este nodo y el vientre consecutivo es:
Δx=xV−xN=4λ−0=4λ La distancia entre un nodo y un vientre consecutivo es un cuarto de longitud de onda (λ/4), no media longitud de onda. La afirmación es falsa.