Ones mecàniques i so
Magnituds bàsiques de l'ona
El bloc d'ones de la PAU demana relacionar longitud d'ona, freqüència i velocitat, calcular intensitats i nivells sonors, i aplicar l'efecte Doppler. Per a qualsevol ona harmònica, v = λf, i v depèn del medi mentre que f depèn només del focus emissor: en canviar de medi, la freqüència es manté i la longitud d'ona canvia. Una ona sonora és longitudinal. La intensitat que percep un observador a distància r d'un focus isòtrop és I = P/(4πr²), és a dir, disminueix amb r². Dues ones coherents produeixen interferències: reforç quan la diferència de camins és nλ i cancel·lació quan és (2n+1)λ/2.
Nivell sonor i efecte Doppler
El nivell d'intensitat sonora es mesura en decibels: β = 10 log(I/I₀), amb I₀ = 1,0·10⁻¹² W/m². Un augment de 10 dB multiplica la intensitat per 10. L'efecte Doppler per al so amb observador o focus en moviment és f' = f (v ± v_o)/(v ∓ v_f), on v és la velocitat del so: al numerador se suma si l'observador s'aproxima i es resta si s'allunya; al denominador es resta si el focus s'aproxima i se suma si s'allunya. Aproximar-se sempre augmenta la freqüència percebuda.
Exemple resolt
Una ambulància es mou a 30 m/s i emet 700 Hz; v_so = 340 m/s i l'observador és aturat. Si s'aproxima: f' = 700·340/(340 − 30) = 700·340/310 ≈ 768 Hz. Si s'allunya: f' = 700·340/(340 + 30) = 700·340/370 ≈ 643 Hz. La diferència entre tots dos casos supera àmpliament un semitò, cosa que explica per què el canvi de to és tan evident en passar l'ambulància.
Errors que costen punts
Intercanviar els signes del numerador i del denominador; confondre intensitat amb amplitud (I ∝ A²); oblidar que I varia amb 1/r² i no amb 1/r; i sumar directament decibels en lloc de sumar intensitats i convertir després.