Ondas Sonoras

Acústica

Acústica Parte da física que estuda o som e suas diversas manifestações. Mais especificamente,

acústica física estuda a parte material do fenômeno sonoro, enquanto a psicoacústica trata da percepção do fenômeno sonoro pelos sentidos.

A ondulatória é a parte da física que estuda os fenômenos que se apresentam em formas de ondas e, como o som é resultado da percepção de distúrbios das moléculas de um meio em um certo espaço de tempo, esses distúrbios, por sua vez, apresentam-se em forma de ondas em sua propagação pelo meio, e são denominados de ondas sonoras.

Ondas sonoras

As ondas de pressão que caracterizam o som, denominadas ondas sonoras são ondas mecânicas (necessitam de um meio material para se propagar) longitudinais (a direção de vibração coincide com a direção de propagação).

Não se propagam no vácuo (não tem meio material para sua propagação).

São produzidas por qualquer movimento vibratório e expandem-se no espaço (três dimensões) por

meio de compressões e rarefações, até chegarem aos nossos ouvidos, onde os tímpanos, por

ressonância, são induzidos a vibrar com a mesma freqüência da fonte e nos causam a sensação fisiológica do som.

A faixa média de freqüências audíveis para um ouvido humano normal varia de 20Hz até 20.000Hz.

Ondas com freqüências inferiores a 20Hz são os infra-sons e superiores a 20.000Hz são os ultra-sons.

As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano, mas existem animais (toupeira e elefante, por exemplo) que são de captar os infra sons, conseguindo ouvir as ondas dos tremores de terra (poucos Hz).

Já os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como morcego (até 160.000 Hz), o cão e o

gato (até 40.000 Hz) e também utilizados na medicina (ecocardiografia, ultra-sonografia obstétrica, etc) .

Velocidade do som

A maioria dos sons chega ao ouvido transmitido pelo ar, (meio de transmissão), que, quanto mais denso é melhor transmissor, pois as moléculas estão mais próximas transmitindo melhor a energia de umas para as outras.

Por esse motivo, a velocidade do som nos sólidos é maior do que nos líquidos que por sua vez é maior que nos gases.

A velocidade de propagação do som num dado meio depende da temperatura em que esse meio se encontra.

Assim, verifica-se um aumento na velocidade de propagação do som num dado meio quando a temperatura do mesmo aumenta (maior agitação das partículas).

Isso ocorre na gama de temperaturas próximas à temperatura ambiente.

Veja na tabela que, por exemplo, a velocidade do som no ar a 0^oC (331 m/s) é menor que a no ar a 15^oC (340 m/s).

Comparação entre a velocidade do som e a velocidade da luz

Equação fundamental da ondulatória para uma onda sonora

Devido à sua natureza longitudinal, o som não pode ser polarizado, mas como em qualquer onda sonora, podem ocorrer os demais fenômenos, como difração, reflexão, refração, interferência e efeito Doppler.

Reflexão do som

A reflexão do som é um fenômeno que ocorre quando o som que estava se propagando num meio,

atinge uma superfície refletora e retorna ao meio de origem.

Esse fenômeno dá origem ao eco e a reverberação.

Eco

O eco é um fenômeno em que conseguimos ouvir nitidamente um som refletido por obstáculos refletores, uma ou mais vezes sucessivas.

Nosso ouvido só consegue distinguir dois sons sucessivos num intervalo de tempo igual ou maior que 0,10 segundos.

Sendo a velocidade do som no ar de 340m/s, temos que V = ΔS/Δt 340=ΔS/0,1 ΔS=34m (ida e volta).

Assim, uma pessoa consegue ouvir o eco de sua própria voz se estiver afastada do obstáculo refletor de, no mínimo, 17m.

Reverberação

Reverberação ocorre quando o som direto e refletido se superpõe chegando juntos ao ouvido, o

que ocorre quando a superfície refletora estiver a uma distância menor que 17m da fonte emissora.

Os sons diminuem ou aumentam de intensidade e ficam indistintos, pois chegam muitas reflexões ao ouvinte e ele não consegue distinguir umas das outras.

Sonar

Sonar trata-se de um dispositivo que emite ultra-sons, que chegam aos objetos, sofrem reflexão e captam os ecos, permitindo localiza-los através da medida do tempo entre a emissão e a recepção do som sendo conhecida a velocidade de propagação do som na água.

Muito utilizado na orientação da navegação fornecendo o perfil do fundo do mar, na localização de cardumes.

Para se obter imagens das partes externas e internas de qualquer objeto (navios, submarinos, etc) imersos no fundo do mar,deve-se utilizar o som através do ultra som enviado pelo sonar o som consegue passar pela superfície dos sedimentos, penetrando nas mesmas, e conseguir

definir a geometria das camadas internas através dos ecos, que chegam em instantes diferentes ao receptor na superfície, conseguindo assim uma figura em 3D do elemento naufragado.

A luz não é conveniente, já que é atenuada (refletida ou absorvida) nas primeiras camadas iniciais dos sedimentos, não conseguindo penetrar nos mesmos, e seriam visualizadas apenas os formatos superficiais dos sedimentos.

O mesmo acontece quando você quer estudar as partes internas de metais (estrutura dos materiais).

Radar

Radar funciona como o sonar, mas em vez de ondas ultra-sônicas, emite ondas

eletromagnéticas que são refletidas por objetos distantes, permitindo assim, sua localização.

Ecografia ou ultra-sonografia

Ecografia ou ultra-sonografia é um método diagnóstico que permite, através do eco, ver os movimentos produzidos pelos

diversos órgãos do interior do organismo.

Quando o ultra-som é colocado, através do transdutor, sobre a pele do paciente, os sons por ele emitidos refletem-se nos órgãos ou estruturas internas e retornam como ecos, que são sons que o transdutor modifica eletronicamente e os transforma em imagens.

O que você deve saber, informações e dicas

Entender as informações acima sobre eco, reverberação, sonar, radar e ultra-sonografia.

Ondas sonoras são ondas mecânicas (necessitam de um meio material para se propagar) longitudinais (a direção de vibração coincide com a direção de propagação).

Não se propagam no vácuo

A faixa média de freqüências audíveis para um ouvido humano normal varia de 20Hz até 20.000Hz.

Ondas com freqüências inferiores a 20Hz são os infra-sons e superiores a 20.000Hz são os ultra-sons.

Já os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como morcego (até 160.000 Hz), o cão e o

gato (até 40.000 Hz) e também utilizados na medicina (ecocardiografia, ultra-sonografia obstétrica, etc) .

Comparação entre a velocidade do som e a velocidade da luz

Equação fundamental da ondulatória para uma onda sonora

A freqüência é característica da onda. Se a fonte é a mesma, a freqüência da onda é a mesma da fonte, independente do meio onde ela estiver se propagando.

Eco fenômeno em que conseguimos ouvir nitidamente um som refletido por obstáculos refletores, uma ou mais vezes sucessivas.

Nosso ouvido só consegue distinguir dois sons sucessivos num intervalo de tempo igual ou maior que 0,10segundos. Assim, uma pessoa consegue ouvir o eco de sua própria voz se estiver afastada do obstáculo refletor de, no mínimo, 17m.

Alguns exercícios interessantes para que você possa observar e entender a resolução:

01- (UNESP-SP) Nas últimas décadas, o cinema tem produzido inúmeros filmes de ficção científica com cenas de guerras espaciais, como Guerra nas estrelas.

Com exceção de 2001, uma odisséia no espaço, essas cenas apresentam explosões com estrondos impressionantes, além de efeitos luminosos espetaculares, tudo isso no espaço interplanetário.

a) Comparando Guerra nas estrelas, que apresenta efeitos sonoros e explosão, com 2001, uma odisséia no espaço, que não os apresenta, qual deles está de acordo com as leis da física? Justifique.

b) E quanto aos efeitos luminosos que todos apresentam? Justifique.

Resolução:

a) 2001, Uma odisséia no espaço, está de acordo com as leis da física, pois o som não se propaga no vácuo do espaço interplanetário.

b) Os dois estão corretos, pois a luz se propaga no vácuo.

02- (ITA-SP) Mediante um processo eletromecânico percute-se um gongo a cada 0,5s. Uma pessoa parada bem próxima ao gongo vê e ouve as batidas simultaneamente. Afastando-se um pouco do gongo, ela passa a ouvir o som um pouco depois de sua batida; entretanto, quando a pessoa estiver afastada uma distância de 172m do gongo, novamente som e imagem se tornam simultâneos.

Determine a velocidade do som nas condições da experiência.

Resolução:

Quando, novamente, som e imagem forem simultâneos, a pessoa estará ouvindo o som da pancada anterior, que estará percorrendo a distância de 172m em 0,5 s.

V = ΔS/Δt V=172/0,5 V = 344 m/s.

03- (MACKENZIE-SP) Um ferreiro golpeia, com a marreta, uma lâmina de ferro, em ritmo uniforme, a cada 0,9 s.

Um observador, afastado desse ferreiro vê, com um binóculo, a marreta atingir o ferro e ouve o som das batidas simultaneamente.

A velocidade do som, nas condições do local, é 330m/s. Calcule a menor distância entre o ferreiro e o observador.

Resolução:

O som chega ao observador com atraso e som e imagem serão simultâneos quando o atraso for um múltiplo do período das marteladas, ou seja, a cada 0,9s, 1,8s, 2,7s, etc.

No caso, a menor distância ocorre com um atraso de Δt = 0,9 s.

V = ΔS/Δt 330 = ΔS/0,9 ΔS = 297 m.

04- (FUVEST-SP) Um alto-falante emite um som cuja freqüência F, expressa em Hz, varia em função do tempo t na forma F(t) = 1.000 + 200t.

Num dado momento, o alto-falante está emitindo um som com uma freqüência F₁= 1.080 Hz.

Nesse mesmo instante, uma pessoa P, parada a uma distância D = 34 m do alto-falante, está ouvindo um som com freqüência F₂, aproximadamente, igual a quantos Hz? (velocidade do som no ar = 340 m/s)

Resolução:

Cálculo do instante em que o alto-falante está emitindo o som de freqüência F₁= 1.080 Hz

F(t) = 1000 + 200t 1080 = 1000 + 200t t₁ = 0,4 s.

Cálculo do intervalo de tempo que qualquer som com V = 340 m/s emitido pela fonte demora para chegar à pessoa P que está a D = 34 m da fonte V = ΔS/Δt 340 = 34/Δt Δt = 0,1s.

Assim, o som que está sendo ouvido pela pessoa no instante t₁ = 0,4s foi emitido pela fonte no instante t_o = t₁ – ∆t = 0,4s – 0,1s = 0,3s.

A freqüência desse som é dada por f = 1000 + 200 . 0,3 F = 1000 + 200.0,3 F₂= 1.060 Hz.

Exercícios de vestibulares com resoluções comentadas sobre

Ondas Sonoras

01- (UNICAMP-SP) O menor intervalo de tempo entre dois sons percebidos pelo ouvido humano é de 0,10s. Considere uma pessoa defronte a uma parede num local onde a velocidade do som é 340m/s.

a) Determine a distância X para a qual o eco é ouvido 3,0s após a emissão da voz.

b) Determine a menor distância para que a pessoa possa distinguir sua voz e o eco.

02-(PUC-RS) Para a percepção inteligível de dois sons consecutivos, o intervalo de tempo entre os mesmos deve ser igual ou maior que 0,100s. Portanto, num local onde a velocidade de propagação do som no ar é de 350m/s, para que ocorra eco, a distância mínima entre uma pessoa gritando seu nome na direção de uma parede alta e a referida parede deve ser de

a) 17,5m

b) 35,0m

c) 175m

d) 350m

e) 700m

03- (UFPEL) Recentemente o físico Marcos Pontes se tornou o primeiro astronauta brasileiro a ultrapassar a atmosfera terrestre.

Diariamente existiam contatos entre Marcos e a base, e alguns deles eram transmitidos através dos meios de comunicação.

Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que conseguíamos "ouvir" e "falar" com Marcos porque, para essa conversa, estavam envolvidas

a) apenas ondas mecânicas - transversais - já que estas se propagam, tanto no vácuo como no ar.

b) apenas ondas eletromagnéticas - longitudinais - já que estas se propagam, tanto no vácuo como no ar.

c) ondas eletromagnéticas - transversais - que apresentam as mesmas freqüências, velocidade e comprimento de onda, ao passar de um meio para outro.

d) ondas mecânicas - transversais - que apresentam as mesmas freqüências, velocidade e comprimento de onda, ao passar de um meio para outro.

e) tanto ondas eletromagnéticas - transversais - que se propagam no vácuo, como ondas mecânicas - longitudinais - que necessitam de um meio material para a sua propagação.

04-(UFU-MG) Considere o gráfico adiante, que representa a grandeza A em função do tempo t (em

unidades de 10^-3s).

Se a grandeza A representar a amplitude de uma onda sonora, determine sua freqüência.

05- (PUC-PR) Numa noite, da janela de um apartamento situado no 9^o andar de um edifício, Mário observa o clarão de um relâmpago e após alguns segundos ouve o ruído do trovão correspondente a essa descarga.

A explicação mais aceitável para o fato é:

a) a emissão do sinal sonoro é mais demorada que a emissão do sinal luminoso.

b) o sentido da audição de Mário é mais precário que o da visão.

c) o sinal sonoro propaga-se no espaço com menor velocidade que o sinal luminoso.

d) o sinal sonoro, por ser onda mecânica, é bloqueado pelas moléculas de ar.

e) a trajetória seguida pelo sinal sonoro é mais longa que a do sinal luminoso.

06-(UFMG-MG) Quando, em uma região plana e distante de obstáculos, se ouve o som de um avião voando, parece que esse som vem de uma direção diferente daquela em que, no mesmo instante, se enxerga o avião.

Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque

a) a velocidade do avião é maior que a velocidade do som no ar.

b) a velocidade do avião é menor que a velocidade do som no ar.

c) a velocidade do som é menor que a velocidade da luz no ar.

d) o som é uma onda longitudinal e a luz uma onda transversal.

07-(UFSCAR-SP) Você já sabe que as ondas sonoras têm origem mecânica. Sobre essas ondas, é certo afirmar que:

a) em meio ao ar, todas as ondas sonoras têm igual comprimento de onda.

b) a velocidade da onda sonora no ar é próxima a da velocidade da luz nesse meio.

c) por resultarem de vibrações do meio na direção de sua propagação, são chamadas transversais.

d) assim como as ondas eletromagnéticas, as sonoras propagam-se no vácuo.

e) assim como as ondas eletromagnéticas, as sonoras também sofrem difração.

08- (UFMG-MG) Ao assobiar, Rafael produz uma onda sonora de uma determinada freqüência. Essa onda gera regiões de alta e baixa pressão ao longo de sua direção de propagação.

A variação de pressão Dp em função da posição x, ao longo dessa direção de propagação, em um certo instante, está representada na figura a seguir.

Em outro momento, Rafael assobia produzindo uma onda sonora de freqüência duas vezes maior que a anterior .

Com base nessas informações, assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa o gráfico de Dp em função de x para esta segunda onda sonora.

09- (UERJ-RJ) Observe na figura adiante, que a região de tecido encefálico a ser investigada no exame é limitada por ossos do crânio. Sobre um ponto do crânio se apóia o emissor/receptor de ultra-som.

(Adaptado de The Macmillan visual dictionary. New York: Macmillan Publishing Company, 1992.)

a) Suponha a não-existência de qualquer tipo de lesão no interior da massa encefálica. Determine o tempo gasto para registrar o eco proveniente do ponto A da figura.

b) Suponha, agora, a existência de uma lesão. Sabendo que o tempo gasto para o registro do eco foi de 0,5 x 10^-4 s, calcule a distância do ponto lesionado até o ponto A.

Dado: velocidade do ultra-som no cérebro = 1540 m/s

10- (UERJ-RJ) Uma campainha emite som com freqüência de 1 kHz. O comprimento de onda dessa onda sonora é, em centímetros, igual a: V_{som
no ar} = 340m/s

11- (UFRS-RS) À temperatura de 0 °C, a velocidade (V_o) de propagação do som no ar seco é de 330 m/s. Sabe-se que a velocidade (V) de propagação do som no ar depende da temperatura e que ela sofre um acréscimo linear médio de 0,59 m/s para cada aumento de 1 °C.

Assinale o gráfico que melhor representa a variação do quociente V/V³ em função da temperatura.

12- (FUVEST-SP) O som produzido por um determinado instrumento musical, longe da fonte, pode ser representado por uma onda complexa S, descrita como uma sobreposição de ondas senoidais de pressão, conforme a figura 1. Nela, está representada a variação da pressão P em função da posição, num determinado instante, estando as três componentes de S identificadas por A, B e C.

a) Determine os comprimentos de onda, em metros, de cada uma das componentes A, B e C, preenchendo o quadro na figura 2.

b) Determine o comprimento de onda l_o, em metros, da onda S.

c) Represente, no gráfico, conforme a figura 3, as intensidades das componentes A e C.

Nesse mesmo gráfico, a intensidade da componente B já está representada, em unidades arbitrárias.

NOTE E ADOTE:

u.a. = unidade arbitrária

Velocidade do som ¸ 340 m/s

A intensidade I de uma onda senoidal é proporcional ao quadrado da amplitude de sua onda de pressão.

A freqüência f_o corresponde à componente que tem menor freqüência.

13-(UNESP-SP) Um submarino é equipado com um aparelho denominado sonar, que emite ondas acústicas de freqüência 4,00.10⁴Hz. A velocidade das ondas emitidas no ar e na água são, respectivamente, 3,70.10²m.s^-1 e 1,40.10³m.s^-1.

Esse submarino, quando em repouso na superfície, emite um sinal na direção vertical através do oceano e o eco é recebido após 0,80s. Pergunta-se:

a) Qual é a profundidade do oceano nesse local?

b) Qual é a razão entre o comprimento de onda do som no ar e na água?

14-(UNESP-SP) Nas últimas décadas, o cinema tem produzido inúmeros filmes de ficção científica com cenas de guerras espaciais, como Guerra nas estrelas.

Com exceção de 2001, uma odisséia no espaço, essas cenas apresentam explosões com estrondos impressionantes, além de efeitos luminosos espetaculares, tudo isso no espaço interplanetário.

a) Comparando Guerra nas estrelas, que apresenta efeitos sonoros e explosão, com 2001, uma odisséia no espaço, que não os apresenta, qual deles está de acordo com as leis da física? Justifique.

b) E quanto aos efeitos luminosos que todos apresentam? Justifique.

15-(ITA-SP) Mediante um processo eletromecânico percute-se um gongo a cada 0,5s. Uma pessoa parada bem próxima ao gongo vê e ouve as batidas simultaneamente. Afastando-se um pouco do gongo, ela passa a ouvir o som um pouco depois de sua batida; entretanto, quando a pessoa estiver afastada uma distância de 172m do gongo, novamente som e imagem se tornam simultâneos. Determine a velocidade do som nas condições da experiência.

16-(UERJ-RJ) Um geotécnico a bordo de uma pequena embarcação está a uma certa distância de um paredão vertical que apresenta uma parte submersa. Usando um sonar que funciona tanto na água quanto no mar, ele observa que, quando o aparelho está emerso, o intervalo de tempo entre a emissão do sinal e a recepção do eco é de 0,731s, e que, quando o aparelho está imerso, o intervalo de tempo entre a emissão e a recepção diminui para 0,170s.

Calcule:

a) a razão V_água/V_ar entre a velocidade do som na água e a velocidade do som no ar.

b) a razão l_água/l_ar entre o comprimento de onda do som na água e o comprimento de onda do som no ar.

17- (FUVEST-SP) O som de um apito é analisado com o uso de um medidor que, em sua tela, visualiza o padrão apresentado na figura abaixo.

O gráfico representa a variação de pressão que a onda sonora exerce sobre o medidor, em função do tempo, em ms

(1ms=10^-6s).

Analisando a tabela de intervalos de freqüências audíveis, por diferentes seres vivos, conclui-se que esse apito pode ser ouvido apenas por: (velocidade do som no ar=340m/s)

a) seres humanos e cachorros

b) seres humanos e sapos

c) sapos, gatos e morcegos

d) gatos e morcegos

e) morcegos

18-(FUVEST-SP) Tem-se uma fonte sonora no vértice A de uma pista triangular eqüilátera e horizontal, de 340m de lado. A fonte emite um sinal que, após ser refletido sucessivamente em B e C, retorna ao ponto A. No mesmo instante em que a fonte é acionada, um corredor parte do ponto X, situado entre C e A, em direção a A, com velocidade constante de 10m/s.

Se o corredor e o sinal refletido atingem A no mesmo instante, a distância AX é de: (V_som=340m/s)

a) 10m

b) 20m

c) 30m

d) 340m

e) 1.020m

19- (Furg-RS) O sonar é um aparelho capaz de emitir ondas sonoras na água e captar seus ecos (ondas refletidas), permitindo, com isso, a localização de objetos sob a água. Sabendo-se que o sonar de um submarino recebe as ondas refletidas pelo casco de um navio 6 segundos após a emissão das mesmas e que a velocidade de propagação do som na água do mar é 1.520m/s, determine a distância entre o submarino e o navio.

As velocidades do submarino e do navio são desprezíveis se comparadas à velocidade do som.

20-(UNESP-SP) O caráter ondulatório do som pode ser utilizado para eliminação total ou parcial, de ruídos indesejáveis. Para isso, microfones captam o ruído do ambiente e o enviam a um computador, programado para analisá-lo e para emitir um sinal ondulatório que anule o ruído original indesejável. O fenômeno ondulatório no qual se fundamenta essa nova tecnologia é a:

a) interferência

b) difração

c) polarização

d) reflexão

e) refração

21-(MACKENZIE-SP) Um ferreiro golpeia, com a marreta, uma lâmina de ferro, em ritmo uniforme, a cada 0,9s.

Um observador, afastado desse ferreiro vê, com um binóculo, a marreta atingir o ferro e ouve o som das batidas simultaneamente.

A velocidade do som, nas condições do local, é 330m/s. A menor distância entre o ferreiro e o observador é:

a) 140m

b) 224m

c) 297m

d) 375m

e) 596m

22- (FUVEST-SP) Um alto-falante emite um som cuja freqüência F, expressa em Hz, varia em função

do tempo t na forma F(t) = 1.000 + 200t. Num dado momento, o alto-falante está emitindo um som com uma freqüência F₁=1.080Hz. Nesse mesmo instante, uma pessoa P, parada a uma distância D=34m do alto-falante, está ouvindo um som com freqüência F₂, aproximadamente, igual a: (velocidade do som no ar=340m/s)

a) 1.020Hz

b) 1.040Hz

c) 1.060Hz

d) 1.080Hz

e) 1.100Hz

23- (PUC-MG) Uma martelada é dada na extremidade de um trilho. Na outra extremidade, encontra-se uma pessoa que ouve dois sons separados por um intervalo de tempo de 0,18s. O primeiro dos sons se propaga através do trilho com uma velocidade de 3400m/s, e o segundo através do ar, com uma velocidade de 340m/s. O comprimento do trilho em metros será de:

a) 340m

b) 68m

c) 168m

d) 170m

24-(ENEM-MEC)

As ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo. Então, as ondas de rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos que é possível transmitir ondas de rádio entre essas localidades devido à ionosfera.Com a ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da

a) reflexão.

b) refração.

c) difração.

d) polarização.

e) interferência.

25-(PUC-SP)

Patrícia ouve o eco de sua voz direta, refletida por um grande espelho plano, no exato tempo de uma piscada de olhos, após a emissão. Adotando a velocidade do som no ar como 340 m/s e o tempo médio de uma piscada igual a 0,4 s, podemos afirmar que a distância d entre a menina e o espelho vale

a) 68 m

b) 136 m

c) 850 m

d) 1.700 m

e) 8 .160 m

26-(UEPG-PR)

No que se refere aos fenômenos ondulatórios, assinale o que for correto.

01) Ao passar de um meio para outro uma onda tem sua frequência alterada.

02) Quando uma onda se reflete em uma barreira, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

04) Em uma onda transversal, os pontos do meio em que ela se propaga vibram perpendicularmente à direção de sua propagação.

08) A velocidade de propagação de uma onda depende do meio em que ela se propaga.

27- (UEPB-PB)

O SONAR (sound navigation and ranging) é um dispositivo que, instalado em navios e submarinos, permite medir profundidades oceânicas e detectar a presença de obstáculos. Originalmente foi desenvolvido com finalidades bélicas durante a Segunda Guerra Mundial (1939- 1945). para permitir a localização de submarinos e outras embarcações do inimigo, O seu princípio é bastante simples, encontrando-se ilustrado na figura abaixo.

lnicialmente é emitido um impulso sonoro por um dispositivo instalado no navio, A sua frequência dominante é

normalmente de 10 kHz a 40kHz. O sinal sonoro propaga-se na água em todas as direções até encontrar um obstáculo. O sinal sonoro é então refletido (eco) dirigindo-se uma parte da energia de volta para o navio onde é detectado por um hidrofone. (Adaptado dc JUNIOR, F.R. Os Fundamentos da Física. 8. ed. vol. 2. SIo Paulo: Moderna, 2003. p. 417)

Acerca do assunto tratado no texto analise a seguinte situação-problema:

Um submarino é equipado com um aparelho denominado sonar, que emite ondas sonoras de frequéncia 4.0.l0⁴ Hz. A velocidade de propagação do som na água é de l,60.10³m/s. Esse submarino, quando em repouso na superfície, emite um sinal na direção vertical através do oceano e o eco é recebido após 0,80s. A profundidade do oceano nesse local e o comprimento de ondas do som na água. em metros, são, respectivamente:

a) 640 e 4.10^-2

b) 620 e 4.10^-2

c) 630 e 4,5.10^-2

d) 610 e 3,5.10^-2

e) 600 e 3.10^-2

28-(UNEMAT-MT)

No passado, durante uma tempestade, as pessoas costumavam dizer que um raio havia caído distante, se o trovão correspondente fosse ouvido muito tempo depois; ou que teria caído perto, caso acontecesse o contrario.

Do ponto de vista da Física, essa afirmação está fundamentada no fato de, no ar, a velocidade do som:

a. variar como uma função da velocidade da luz.

b. ser muito maior que a da luz.

c. ser a mesma que a da luz.

d. variar com o inverso do quadrado da distancia.

e. ser muito menor que a da luz.

29-(UNIOESTE-PR)

Em um exame final de física experimental foi pedido a um estudante que expressasse a velocidade de propagação do som (v) no ar a partir da pressão atmosférica local (P) e da densidade do ar (ρ). Ele lembrava-se apenas de que a

expressão procurada independia de constantes adimensionais e, portanto, apos efetuar a analise dimensional do problema concluiu corretamente que

A. v = (P/ρ)².

B. v = (ρ/P)².

C. v = (P/ρ)^1/2.

D. v = (ρ/P)^1/2.

E. v = (P.ρ)^1/2.

Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre

Ondas Sonoras

01- a) V=ΔS/Δt --- 340=ΔS/3 --- ΔS=1020m (ida e volta) --- ΔS=510m

b) V=ΔS/Δt --- 340=ΔS/0,1 --- ΔS=34m (ida e volta) --- ΔS=17m

02- V=ΔS/Δt --- 350=ΔS/0,100 --- ΔS=35m (ida e volta) --- ΔS=35/2=17,5m

03- E

04- T = 8.10^-3s --- T=1/f --- 8.10^-3=1/f --- f=125Hz

05– C

06- C

07- E

08- Como a freqüência (f) dobra e o período (T) é o inverso da freqüência, ele será reduzido à metade, o que ocorre na figura C.

Ou, sendo V= λf --- se f dobrar, sendo V constante (mesmo meio), o comprimento de onda λ deverá ser reduzido à metade, passando de 40cm para 20cm.

09- a) V=ΔS/Δt --- 1540=0,2/Δt --- Δt=1,3.10^-4s

b) V=ΔS/Δt --- 1540=ΔS/2,5.10^-5 --- ΔS=3,85cm --- até o ponto A --- d=10-3,85 --- d=6,15cm

10- V= λf --- 340= λ1000 --- λ =0,34m=34cm R- D

11- a 0^oC --- V₀=330m/s a 40^oC --- V=330+0,59X40 --- V=353,6m/s

a razão V/V_o é 353,6/330=1,07 e é linear (reta) R- A

12- a) A --- λ_A=1,5m

B --- λ_B=0,5m

C --- λ_C=0,3m

b) λ_S=1,6-0,1=1,5m

c) a velocidade de propagação é a mesma para as três ondas A, B e C e vale 340m/s.

cálculo da frequência de cada uma --- V=λf --- f=V/λ

f_A=V/λ_A --- f_A=340/1,5=226,7Hz

f_B=V/λ_B --- f_B=340/0,5=680Hz

f_C=V/λ_C --- f_C=340/0,3=1133.3Hz

- O menor comprimento de onda que o exercício manda chamar de f_o é o da A --- f_A=f_o=226,7Hz

Segundo o enunciado λ=A² --- λ_A=4² --- λ_A=16 ua

- A maior freqüência é a da onda C e vale --- f_C/f_o=1133,3/226,7=5 --- f_C=5f_o

λ_C=(A_C)² --- λ_C=1² --- λ_C=1 ua

Colocando-os no gráfico, temos:

13- a) V=ΔS/Δt --- 1400=ΔS/0,8 --- ΔS=1120m (ida e volta) --- ΔS=560m

b) a frequência no ar e na água é a mesma (mesma fonte) e vale f=4.10⁴Hz

ar --- V=λf --- 370=λ_ar.4.10⁴--- λ_ar=9,25.10^-3m

água --- V=λ_agua.f --- 1400= λ_agua.4.10⁴ --- λ_agua=35.10^-3

λ_ar/λ_agua=9,25.10^-3/35.10^-3=0,264

14- a) 2001, Uma odisséia no espaço, pois o som não se propaga no vácuo.

b) Os dois estão corretos, pois a luz se propaga no vácuo

15- Quando, novamente, som e imagem forem simultâneos, a pessoa estará ouvindo o som da pancada anterior, que estará percorrendo a distância de 172m em 0,5s.

V=ΔS/Δt --- V=172/0,5 --- V=344m/s

16- a) distância até o paredão d

emerso --- V_ar=2d/0,731 --- imerso -- V_água=2d/0,170 V_água/V_ar=2d/0,170X0,731/2d=4,3

b) a frequência f é a mesma (mesma fonte)

V_água/V_ar=λ_água.f/λ_ar.f --- 4,3=λ_águaλl_ar

17- Período T=20.10^-6s --- f=1/T --- f=1/20.10^-6 --- f=5.10⁴Hz --- f=50.000Hz --- R- D

18- Tempo que o som demora para percorrer ΔS=3X340=1.020m, com V=340m/s --- V=ΔS/Δt --- 340=1020/Δt --- Δt=3s.

Nesse tempo, o corredor com V=10m/s, percorreu --- V=ΔS/Δt --- 10=ΔS/3 --- ΔS=AX=30m

19- V=ΔS/Δt --- 1520=ΔS/3 --- ΔS=4.560m

20- Para anular o som original, o computador deve enviar ondas que provoqueminterferência destrutiva. R- A

21- O som chega ao observador com atraso e som e imagem serão simultâneos quando o atraso for um múltiplo do período das marteladas, ou seja, a cada 0,9s, 1,8s, 2,7s, etc. No caso, a menor distância ocorre com um atraso de Δt=0,9s.

V=ΔS/Δt --- 330=ΔS/0,9 --- ΔS=297m

22- Calculo do instante em que o alto-falante está emitindo o som de freqüência F₁=1.080Hz

F(t)=1000+200t --- 1080=1000+200t --- t=0,4s

Calculo do intervalo de tempo que qualquer som emitido pela fonte demora para chegar à pessoa P que está a Δ=34m da fonte.

V=ΔS/Δt --- 340=34/Dt --- Δt=0,1s

O som que a pessoa percebe tem um atraso de 0,1s em relação ao som emitido pela fonte. Assim, t₂=0,4s – 0,1s=0,3s

F(2)=1000+200.0,3 --- F₂=1.060Hz

23- através do trilho --- V=ΔS/Δt --- 3400=L/t₁ --- t₁=L/3400

- pelo ar --- V=ΔS/Δt --- 340=L/t₂ --- t₂=L/340

Como a viagem pelo ar demora mais, temos que t₂ – t₁=0,18 --- L/340-L/3400=0,18 --- L=68m

24-

As ondas eletromagnéticas emitidas na região litorânea do Brasil atingem a região amazônica após sofrer reflexão total na ionosfera --- R- A

25- A distância percorrida pelo som até que Patrícia ouça o eco de sua voz direta é igual a 2d (ida e volta) --- v=∆S/∆t --- v = 2d/∆t --- 340=2d/0,4 --- d=136/2 --- d=68m --- R- B

26- 01. Falsa --- a frequência de uma onda não se altera quando ela reflete ou refrata, permanecendo constante, igual a frequência com que foi emitida pela fonte.

02. Correta --- trata-se da afirma a 1ª lei da reflexão.

04. Correta --- desde que a onda seja mecânica --- as ondas eletromagnéticas também são transversais, mas não provocam vibrações nas partículas do meio --- a vibração dá-se nas intensidades dos campos elétrico e magnético que se propagam pelo meio.

08. Correta --- a velocidade de uma onda depende das condições do meio --- por exemplo, no ar, a velocidade do som depende da umidade e da temperatura e na água depende da profundidade.

R- (02 + 04 + 08) = 14

27- Como o som vai e volta ele percorre ∆S=2h --- V=∆S/∆t ---1,6.10³ = 2h/0,8 --- h=1,6.10³.0,4 --- h=640m --- equação fundamental da ondulatória --- V=λ.f --- 1,6.10³= λ.4.10⁴ --- λ=1,6.10³/4.10⁴ --- λ=0,4.10^-1=4.10^-2m ---

R- A.

28- Raio, relâmpago e trovão são fenômenos atmosféricos que ocorrem antes ou durante tempestades, causados por descargas elétricas entre nuvens ( relâmpago ) ou entre uma nuvem e o solo ( raio ), acompanhados de um estrondo ( trovão ) --- o raio ocorre quando uma nuvem, carregada de eletricidade estática, atinge um potencial eletrostático tão elevado que a camada de ar existente entre ela e o solo deixa de ser isolante, tornando-se condutor, permitindo a movimentação das cargas elétricas até o solo --- com o relâmpago ocorre a mesma coisa só que é entre as nuvens --- essas descargas elétricas produzem uma grande luminosidade devido ao aquecimento do ar, que pode ser vista bem distante --- o trovão é o som que acompanha a violenta expansão do ar quando é rapidamente aquecido --- devido à diferença de velocidades da luz e do som (luz, 3.108m/s e som, 340m/s), quando o raio ou relâmpago ocorre a grande distância do local de observação, o trovão é ouvido alguns segundos depois do clarão --- R- E.

29- Pressão=força/área --- Pr=F/S --- densidade=massa/volume --- ρ=m/Vo --- Vo=S.ℓ --- ρ=m/S.ℓ --- Pr=F/S ---F=m.a --- Pr=m.a/S --- multiplicando o numerador e denominador por ℓ --- Pr=m.a.ℓ/S.ℓ --- Pr=m.a.ℓ/Vo --- mas, m/Vo=densidade=ρ --- Pr=ρ.a.ℓ --- aceleração a=ve/t --- Pr= ρ.(Ve/t).ℓ --- Ve= ℓ/t --- Pr=ρ.Ve.Ve --- Pr=ρ.Ve2 ---

Ve=√(Pr/ρ) ou Ve=(Pr/ρ)1/2 --- R- C.