b) La expresión de la onda es y(x,t)=0,5⋅cos(0,8x)⋅sin(20t). Una onda que se expresa como el producto de una función que depende solo de la posición y otra que depende solo del tiempo, como y(x,t)=A0⋅f(x)⋅g(t), corresponde a una onda estacionaria.Comparando la expresión dada con la forma general de una onda estacionaria y(x,t)=Amaxcos(kx)sin(ωt) (o una variación con seno en x y/o coseno en t), identificamos los parámetros:
Amax=0,5 m k=0,8 rad/m ω=20 rad/s La amplitud de la onda estacionaria (es decir, la amplitud máxima que alcanza un vientre) es:
A=0,5 m La frecuencia angular es ω=20 rad/s. Podemos calcular la frecuencia f a partir de la relación:
ω=2πf⟹f=2πω f=2π rad20 rad/s≈3,18 Hz El número de onda es k=0,8 rad/m. Podemos calcular la longitud de onda λ a partir de la relación:
k=λ2π⟹λ=k2π λ=0,8 rad/m2π rad≈7,85 m Para calcular la velocidad de oscilación de un punto, derivamos la expresión de la onda respecto al tiempo:
v(x,t)=∂t∂y(x,t)=∂t∂[0,5⋅cos(0,8x)⋅sin(20t)] v(x,t)=0,5⋅cos(0,8x)⋅(20)⋅cos(20t) v(x,t)=10⋅cos(0,8x)⋅cos(20t)(S.I.) La velocidad de oscilación máxima de un punto se obtiene cuando cos(20t)=±1. Por lo tanto, la amplitud de la velocidad de oscilación en cualquier punto x es:
vmax(x)=∣10⋅cos(0,8x)∣ Para un punto situado en x=0,2 m, sustituimos este valor en la expresión anterior (asegurándose de que la calculadora esté en modo radianes para el coseno):
vmax(0,2 m)=∣10⋅cos(0,8⋅0,2)∣ vmax(0,2 m)=∣10⋅cos(0,16 rad)∣ vmax(0,2 m)≈∣10⋅0,9872∣ vmax(0,2 m)≈9,872 m/s