FICHA C4-P04

Los armónicos de una cuerda fija en ambos extremos

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TipoSecundaria Dificultad Puntos7 pts Tiempo máx.13 min Media9 min Si no sabes la teoría+15 min Origen preguntaRedactado Verificación soluciónPropia sin verificar Completado con IA
Material necesario — Cuadernillo de datos: no aplica en el cálculo directo — se usa v = 2Lf1, deducible del esquema de la cuerda.
Prerrequisitos
  • En una cuerda fija en AMBOS extremos, los dos extremos son siempre nodos. Esto es distinto del tubo cerrado (nodo-antinodo) trabajado en C4-P03 — aquí es nodo-nodo
  • Una cuerda fija en ambos extremos soporta TODOS los armónicos, pares e impares: f1, 2f1, 3f1, 4f1...
  • Entre dos armónicos consecutivos de una cuerda fija en ambos extremos, la diferencia de frecuencia es siempre f1 (no 2f1, a diferencia del tubo cerrado)

Se hace vibrar una cuerda tensa de longitud L = 1,00 m, fija en ambos extremos. Dos armónicos consecutivos de la onda estacionaria tienen frecuencias de 210 Hz y 280 Hz. L = 1,00 m f (armónico A) = 210 Hz f (armónico siguiente, B) = 280 Hz

a Explica por qué una cuerda fija en ambos extremos puede vibrar con CUALQUIER número de armónico, a diferencia de un tubo cerrado en un extremo. [2]
b Calcula la frecuencia del primer armónico f1 de esta cuerda. [2]
c Identifica qué número de armónico corresponde a 210 Hz y cuál corresponde a 280 Hz. [1]
d Usando v = 2Lf1, calcula la velocidad v de las ondas en la cuerda. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Cuerda fija en ambos extremos: nodo en ambos extremos. Soporta TODOS los armónicos: f1, 2f1, 3f1, 4f1... — a diferencia del tubo cerrado (solo impares).
  • Diferencia entre armónicos consecutivos de una cuerda fija en ambos extremos: siempre f1.
  • Relación longitud-velocidad-frecuencia fundamental: v = 2Lf1 (equivalente a f1 = v/2L), donde L es la longitud de la cuerda.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic C.4 Standing waves and resonance, armónicos de cuerdas fijas en ambos extremos.
Cuadernillo — No aplica en este problema — razonamiento con la serie completa de armónicos.
Vídeo — ↗ — «»
Apartado a) — Con nodo en ambos extremos, cualquier número entero de semilongitudes de onda encaja entre ellos — no hay restricción de paridad, así que existen todos los armónicos.
Apartado b) — f1 = 280 − 210 = 70 Hz.
Apartado c) — 210 Hz = 3f1 (3er armónico); 280 Hz = 4f1 (4º armónico).
Apartado d) — v = 2Lf1 = 2 × 1,00 × 70 = 140 m/s.
Variantes de este problema

Problemas de prueba generados a partir de esta ficha — mismo prerrequisito y habilidad, enunciado distinto. Sirven para comprobar si lo que marcaste aquí está realmente dominado.