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2022 · Extraordinaria · Reserva
C2-a
Examen
a) Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones acerca de las ondas estacionarias: i) La amplitud de la oscilación para cada punto del medio no depende de su posición. ii) La distancia entre dos nodos consecutivos es igual a la longitud de onda.
Ondas estacionariasNodosAmplitud
a) Justificación de la veracidad o falsedad de las afirmaciones:

i) "La amplitud de la oscilación para cada punto del medio no depende de su posición." Falso. En una onda estacionaria, la amplitud de la oscilación de cada punto del medio sí depende de su posición. Existen puntos llamados nodos, donde la amplitud es cero y, por lo tanto, el medio no oscila. Por otro lado, existen puntos llamados antinodos, donde la amplitud es máxima. La ecuación general de una onda estacionaria, resultante de la superposición de dos ondas viajeras idénticas que se propagan en sentidos opuestos, es de la forma:

y(x,t)=[2Asin(kx)]cos(ωt)y(x,t) = [2A \sin(kx)] \cos(\omega t)

Donde la amplitud de la oscilación para cada punto xx del medio es Aestacionaria(x)=2Asin(kx)A_{estacionaria}(x) = |2A \sin(kx)|. Esta expresión muestra claramente que la amplitud no es constante, sino que varía con la posición xx a través del término sin(kx)\sin(kx).ii) "La distancia entre dos nodos consecutivos es igual a la longitud de onda." Falso. La distancia entre dos nodos consecutivos en una onda estacionaria es la mitad de la longitud de onda, es decir, λ/2\lambda/2. Los nodos ocurren en posiciones donde kx=nπkx = n\pi, con nn un entero. Si kx1=nπkx_1 = n\pi y kx2=(n+1)πkx_2 = (n+1)\pi, la distancia entre ellos es Δx=x2x1=(n+1)πknπk=πk\Delta x = x_2 - x_1 = \frac{(n+1)\pi}{k} - \frac{n\pi}{k} = \frac{\pi}{k}. Sabiendo que k=2π/λk = 2\pi/\lambda, sustituimos:

Δx=π2π/λ=λ2\Delta x = \frac{\pi}{2\pi/\lambda} = \frac{\lambda}{2}

De manera similar, la distancia entre dos antinodos consecutivos también es λ/2\lambda/2. La distancia entre un nodo y un antinodo consecutivo es λ/4\lambda/4.