Resolução comentada Ondulatória – 2017- 2016- 2015

Resolução comentada das questões de FÍSICA de Vestibulares recentes sobre

Ondulatória – 2017- 2016- 2015

 

01-

Os sonares emitem e recebem ondas sonorasque possuem asseguintes carcterísticas:

São ondas mecânicas quenecessitam de um meio material para se propagar, transportando energia. 

Exemplos: Ondas no mar (o meio é a água), ondas sonoras (o meio pode ser ar, água, etc.),ondas em uma corda (o meio é a corda), etc.

Todas essas perturbações são causadas em meios materiais.

São ondas longitudinaisnas quais a direção de propagação coincide com a direção de oscilação.

Exemplos: ondas sonoras, ondas numa mola, etc. (a membrana do alto falante vibra no eixo x, e as ondas seguem essa mesma direção).
 

A frequência é característica da fonte que está emitindo a onda e independe do meio onde a onda sonora ou eletromagnética estiver se propagando. 

Assim, por exemplo, se uma fonte emitir uma onda (sonora ou luminosa) com frequência f num dado meio, em qualquer outro meio que esta onda estiver se propagando ela terá sempre essa mesma frequência f.

R- D

02-

VP =   8 =   t’ =   t’ = 150 s

VS =   5 =   t’’ =   t’’ = 240 s

∆t = 240 – 150  ∆t = 90 s

03-

B) O texto afirma que cada lado do quadrado grande equivale a 0,20 s.

No ECG do paciente você observa que, entre dois picos sucessivosexistem 5 quadrados grandes, o que corresponde a um período T =5×0,20s = 1,0 s.

A frequência f é o inverso do período T  f = 1/T = 1/1 f = 1,0 Hz = 1×60= 60 bpm.

04- As ondas eletromagnéticas possuem a característica de não dependerem de um meio para se propagarem e se propagam de maneira transversal ao seu modo de vibração. Sendo assim a alternativa B está errada e a A correta, mas vamos analisar os erros das outras também.

A velocidade de propagação de uma onda é da ordem de 299.792.458 m/s, enquanto que a do som é de 340 m/s.

Marte não emite radiação danosa, ele apenas absorve e emite radiação assim como a Terra, essa troca é responsável pela manutenção da temperatura em ambos os planetas, por exemplo.

O espectro eletromagnético é muito maior que apenas as faixas de ultravioleta e infravermelho, tanto é que ele engloba essas duas.

R- A

05- Observe na figura 1 que, quando as distâncias do auto falante ao microfone estão aumentando de 3 mm até 60 mm a intensidade da onda sonora em decibéis (dB) está diminuindo e, durante essa diminuição a frequência (eixo horizontal) está aumentando de aproximadamente 50 Hz até 250 Hz.

Na figura 2 você observa que essa diminuição dos decibéis ocorre na faixa das freqüências graves.

R- C

06-

Sendo R₁ a distância do celular à primeira torre T₁, o celular pode estar em qualquer ponto da circunferência de centro na primeira torre T₁ e raio R₁ (figura I).

Sendo R₂ a distância do celular à segunda torre T₂, o celular pode estar num dos dois pontos em que as circunferências se interceptam (figura II).

Sendo R₃ a distância do celular à terceira torre T₃, a intersecção das três circunferências de raios R₁, R₂ e R₃  ocorre num único ponto onde deve se localizar o celular (figura III), conforme pedido no exercício.

R- C

 

07-

08-

 São dados  velocidade de propagação das ondas de ultrassom nos tecidos humanos V = 1540 m/s  essa dimensão da estrutura a ser percorrida d = 1,5 mm = 1,5.10-3 m, corresponde ao comprimento de onda do ultrassom emitido pelo transdutor (pesquisei).

Utilizando a equação fundamental da ondulatória  V = .f  1540 =1,5.10-3.f  f =   f = 1026.103 = 1,026.106 Hz = 1,026 MHz.

09-

R- B

 

10- Observe na figura que o comprimento de onda (), que corresponde à distância entre dois pontos

consecutivos em concordância de fase, como por exemplo, duas cristas, vale  = 8 cm = 0,08 m.

Aplicando a equação fundamental da ondulatória V = .f  0,48 = 0,08.f f =   f = 6 Hz

 

11- Observe na figura abaixo que a amplitude vale A = 1,2 cm e o comprimento de onda, λ = 2 cm.

12- Cálculo dos comprimentos de onda das frequências extremas da faixa UV-B.
V = c = λ.f   λ =   

λmin = 3,0.108/1,03.1015    λmin ≅ 2,9.10-7 m = 290 nm.
λmáx = 3,0.108/9,34.1014    λmáx ≅ 3,2.10-7 m = 320 nm.

Entre 290 nm e 320 nm, o filtro que apresenta absorção máxima é o filtro solar IV.
R- B

 

13-

R- E

 

14- Vamos usar a equação fundamental da ondulatória para esse exercício:

Onde:

V é a velocidade de propagação

λ é o comprimento de onda

f é a frequência

Isolando o comprimento de onda:

Substituindo, não podemos esquecer que M é de mega que é o equivalente a 106:

R – D

15- Observe na figura que o comprimento de onda  (distância entre dois pontos consecutivos em

concordância de fase, por exemplo, duas cristas) vale  = 5,0 cm = 5.10-2m.

A frequência da onda, fornecida, vale f = 28 kHz = 28.103 Hz.

Equação fundamental da ondulatória  V = .f = 5.10-2.28.103  V = 140.101  V = 1400 m/s.

O intervalo de tempo de ∆t = 1,2 s corresponde à ida e volta da onda, logo, para ir e voltar ela percorreu a distância de 2d, com velocidade constante V = 1400 m/s.

V =   1400 =   d =   d = 840 m.

R- E

16-

 

17-

Para esse exercício utilizaremos a equação fundamental da ondulatória:

V_ar =
_ar.f_ar

Onde: V é a velocidade de propagação da onda

 é o comprimento de onda

f é a sua frequência

Primeiramente precisamos calcular a frequência da onda com os valores disponíveis, substituindo na equação:

340 = 34.f_ar isolando o f f = 10 Hz

Agora que já temos a frequência, que será igual pois a onda é a mesma, podemos usar equação da onda na água:

V_água =
_água.f_água 1360 =
_água.10
_água = 136 m

R- D

 

18- Refração é um fenômeno que ocorre quando uma onda deixa um meio com certa característica e entra em outro, com característica diferente, variando sua velocidade. No caso da luz, a característica do meio que importa é o índice de refração. E no caso de uma onda no mar próximo às praias a característica do meio que importa é a profundidade da água, fazendo variar a velocidade de propagação.

R- C

 

19-

Ondas circulares em meio bi e tridimensionais

Pontos onde se encontram uma crista e um vale (interferência destrutiva)são chamados de nós (linhas nodais).

R- D

 

20- Observe atentamente nas figuras abaixo que a primeira vez que o perfil da corda será como na figura 2 será quando houver interferência destrutiva do vale do pulso 1 (ponto A) com a crista do pulso 2 (ponto B) se anulando fornecendo o perfil de onda pedido e mostrado pela linha preta.. 

Assim, cada ponto A ou B, X ou Y deslocaram-se de  = 60 cm em sentidos contrários, cada um com velocidade fornecida de V = 60 cm/s tal que V =   60 =   ∆t = = 1 s

R- A

 

21- A luz que atinge essa fenda F se espalha sofrendo difração (fenômeno que permite com que uma onda atravesse fendas ou contorne obstáculos, atingindo regiões onde, segundo a propagação retilínea da luz, não conseguiria chegar).  

Atrás da primeira tela, ele colocou outra tela opaca com duas fendas muito estreitas e

convenientemente próximas (S1 e S2), sendo que cada uma delas funciona como uma fonte primária de ondas exatamente iguais (mesma frequência, mesmo comprimento de onda, mesma velocidade e em fase), ou seja, ondas coerentes, que é condição necessária para que ocorra a interferência.

Então ele observou no anteparo uma figura de interferência formada por franjas brilhantes coloridas (interferência construtiva) alternadas por franjas escuras (interferência destrutiva).

R- D

 

22-

Veja um resumo da teoria:

O ponto P fica em reforço (interferência construtiva), o que ocorre quando, no mesmo instante, duas cristas ou dois vales estão se superpondo.

Cálculo do comprimento de onda  dessas ondas que possuemfrequência de f = 4,0 Hz e se propagam com velocidade de V = 2,0 m/s V = .f  2 = 

D2 = D  d1 = 2, 8 m  para que D seja mínimo n = 1 d2 – d1 = (2n).

  D – 2,8 = (2.1).  D = 2,8 + 2.0,25  D = 3,3 m

R- E

 

23-

Breve teoria:

No caso do exercício a manteiga derreterá nas regiões de interferência construtiva que corresponde à máxima vibração ou variação de amplitude(ventres ou fusos).

Assim, a manteiga derrete nos pontos I, III e V.

Assim, os pontos consecutivos serão ou I e III ou III e V.

R- A

 

24-

Ressonância

Qualquer sistema físico possui uma ou mais frequências naturais de vibração. Quando ele é “excitado” por algum agente externo, agindo no ritmo de uma dessas frequências, surge o fenômeno da ressonância, ou seja, ele começa a oscilar gradativamente até atingir uma dessas frequências, onde sua amplitude é máxima.

Exemplos:

– Uma criança, num balanço já em movimento, sabe qual é o momento certo, para que, com o

movimento do corpo provoque um impulso, que faz aumentar a amplitude do movimento, obtendo assim, a ressonância. Trata-se de ressonância mecânica.

– Ao sintonizar uma emissora de rádio ou TV estamos fazendo com que nosso aparelho receptor entre em ressonância com a mesma freqüência que a das ondas eletromagnéticas da estação que as emitiu. Trata-se de ressonância eletrônica.

– As vibrações da corda de um violão entram em ressonância com o ar contido em sua  caixa de

madeira “caixa de ressonância” ou com o a nota emitida por um diapasão, que vibram com a mesma frequência da nota emitida pelo diapasão, afinando a corda do mesmo. Trata-se de ressonância sonora.

R- A

25-

São dados: f = 640 Hz  Vo = 0  V = 340 m/s  Vf = 20 m/s  fa = ?.

A fonte se aproxima do observador  fa = 640.(340 + 0)/(340 – 20) = 640. 340/320  fa = 640.1,0625 = 680 Hz.

R- E

26-

Para o cálculo das frequências percebidas pelo observador você deve utilizar o Efeito Doppler cuja expressão e regras de sinais estão fornecidas a seguir:

É pedida a razão f_B’/f_A’ =  = 1

R- A

27-

Efeito Doppler

Refere-se à variação da frequência notada por um observador quando a distância entre ele e uma fonte de ondas está aumentando ou diminuindo.

Na aproximação entre fonte e observador, o mesmo perceberá o som emitido pela fonte mais agudo (maior frequência, recebe maior número de frentes de onda na unidade de tempo) do que perceberia se fonte e observador estivessem parados.

Nesse caso, o comprimento de onda aparente percebido pelo observador será menor que o comprimento da onda emitido pela fonte (observador O1 das figuras abaixo).

No afastamento entre fonte e observador, o mesmo perceberá o som emitido pela fonte mais grave (menor frequência, recebe menor número de frentes de onda na unidade de tempo) do que perceberia se fonte e observador estivessem parados.

Nesse caso, o comprimento de onda aparente percebido pelo observador será maior que o comprimento da onda emitido pela fonte (observador O2 das figuras acima).

Observe que o motorista da ambulância não percebe nenhuma alteração no som emitido pela sirene, pois eles se movem juntos.

R- D

28- Vamos analisar as afirmações individualmente:

A primeira está correta, pois o timbre é nada mais que uma quantidade de harmônicos, ao se modificar essa quantidade o timbre muda.

A segunda alternativa está incorreta, pois não há relação entre intensidade e comprimento de onda. A intensidade é a energia transportada pela onda sonora.

A terceira alternativa está correta, pois a altura depende diretamente da frequência, sendo que quanto mais alto, mais agudo e maior a frequência.

Bom, potência é quantidade de energia no tempo estabelecido, sendo assim, uma potência maior dá mais energia para a onda e consequentemente mais intensidade.

Fica V – F – V – V.

R- D

29- Altura do som está relacionada com sua freqüência, ou seja, a altura (tom) é a qualidade do som que permite ao ouvido distinguir um som grave, de baixa frequência, de um som agudo, de alta

frequência.  Cada nota musical (tom) possui frequência característica, única para essa nota. 

R- A

30- Intensidade como a mariposa se afasta do morcego em repouso a intensidade (característica do som que nos permite distinguir um som forte de um som fraco e está relacionada com a energia transportada pela onda que, quanto mais perto da fonte mais forte será o som e mais afastado da fonte, mais fraco),dos ecos, recebidos pelo morcego, diminui.
Exemplo o som emitido, por exemplo, por uma britadeira,  será mais forte para uma pessoa

perto da mesma e mais fraco para uma pessoa afastada da mesma.

Intervalo de tempoo intervalo de tempo de retorno dos ecosaumenta em virtude das distâncias  cada vez maiores que as ondas devem percorrer.

Frequência Efeito Doppler Refere-se à variação da frequência notada por um observador quando a distância entre ele e uma fonte de ondas está aumentando ou diminuindo.

Na aproximação entre fonte e observador, o mesmo perceberá o som emitido pela fonte mais agudo (maior freqüência, recebe maior número de frentes de onda na unidade de tempo) do que perceberia se fonte e observador estivessem parados.

Nesse caso, o comprimento de onda aparente percebido pelo observador será menor que o comprimento da onda emitido pela fonte (observador O1 das figuras abaixo).

No afastamento entre fonte e observador, o mesmo perceberá o som emitido pela fonte mais grave (menor frequência, recebe menor número de frentes de onda na unidade de tempo) do que perceberia se fonte e observador estivessem parados.

No caso do exercício, como a mariposa se afasta do morcego, conforme o efeito Doppler, a frequência dos ecos recebidos pelo morcego é menor que a frequência dos ultrassons emitidos.
R- A

31- O timbre é uma qualidade sonora que permite distinguir dois sons de mesma altura emesma intensidade (mesma nota musical), emitidos por instrumentos diferentes tocando a mesma nota musical ou acorde.

Assim, conseguimos distinguir se a mesma nota musical é emitida por um violão ou por um piano pelo timbre,pois ele difere nos dois instrumentos e nos fornece sensações sonoras diferentes, devido às diferentes composições de harmônicos gerados por cada instrumento. 

 

R- D

 

32- Velocidade de propagação dos pulsos nos meios unidimensionais (corda)

 Considere um pulso ou vários pulsos sucessivos (onda) se propagando com velocidade V numa corda

tracionada (esticada) por uma força de intensidade F.

Denominamos densidade linear de massa (µ) de uma corda homogênea, de seção transversal  constante, que possui massa (m) e comprimento (L), à expressão:

Significado físico de µ  significa quanto de massa a corda tem por unidade de comprimento. 

Assim, uma corda de 0,5 kg/m possui, no SI, 0,5kg de massa para cada 1 metro de comprimento.

A velocidade (V) de propagação do pulso na corda é dada, também por:

Onde T é a intensidade da força que traciona (estica) a corda e µ é a densidade linear de massa da mesma. (Fórmula de Taylor).

No caso do exercício:

Como a densidade linear da primeira corda (µ₁) é maior do que a da segunda (µ₂), ou seja, µ₁ > µ₂,

quando o pulso chega ao ponto de junção das cordas, ocorre ao mesmo tempo refração e reflexão. Esse ponto (junção) funciona como uma extremidade livre  e o pulso refletido retorna sem inversão de fase.

R- D

 

33-  Cálculo do comprimento de onda  de uma das ondas formadas no interior do tubo  V = c = .f  3.108 = .2,5.109   =    = 0,12 m = 12 cm.

Como o tubo tem comprimento de 36 cm, em seu interior você terá n = = 3 comprimentos de onda.

Sendo que cada onda estacionária possui meio comprimento de ondavocê terá no total (3×2) = 6 ondas estacionárias e excluindo os dois nós das paredes metálicas, entre as paredes existirão (7 – 2) = 5 nós (veja figura abaixo).

R- A

34- Você pode interpretar a folha de papel enrolada como um tubo aberto nas duas extremidades com as seguintes características:

Tubo aberto nas duas extremidades

Generalizando:

 

35- Observe na figura abaixo que entre a primeira tecla (nota) Dó1 e a segunda Dó2 você tem 13 teclas (notas).

O enunciado pede o comprimento de onda, no ar, da nota Sol, fornecendo que a frequência da nota Lá do teclado da figura é 440 Hz.

 

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