Fís. Monitor: Arthur Vieira

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1 Professor: Leonardo Gomes Monitor: Arthur Vieira

2 Ondas: estacionárias e acústica 18 out Resumo Acústica - Reflexão: Reforço, reverberação e eco. - Batimento: sons de frequências próximas. - Ressonância: sons de frequências iguais provocando aumento de amplitude. - Timbre: permite diferenciar sons de frequências iguais. Timbre é o "desenho" da onda. - Altura: relaciona-se com a frequência. (som alto = som agudo; som baixo= som grave) - Intensidade: relaciona-se com a amplitude da onda. Razão entre potência e área. Unidade: W/m 2. Obs.: a unidade mais usada para intensidade sonora é o decibel que corresponde a uma escala logarítmica. - Efeito Doppler: mudança de frequência (frequência aparente) causada pelo movimento da fonte ou do observador da onda. Ondas estacionárias Ondas em corda de comprimento L Na figura anterior pode-se deduzir uma fórmula para cálculo do comprimento de onda ( ) em função do comprimento da corda(l): onde n é o número do harmônico, Dica: Não é preciso decorar a fórmula se você perceber que o número do harmônico representa o número de "quibes" (metade do comprimento de onda) do desenho.

3 Ondas estacionárias em tubos - aberto: forma ventre - fechado: forma nó A fórmula é a mesma da onda estacionária em corda (e o raciocínio dos harmônicos também). O tubo que é fechado em uma extremidade e aberto na outra possui apenas os harmônicos ímpares. EXERCÍCIOS DE AULA 1. Uma corda de um violão emite uma frequência fundamental de 440,0 Hz ao vibrar livremente, quando tocada na região da boca, como mostra a figura 1. Pressiona-se então a corda, a L/3 de distância da pestana, como mostra a figura 2. A frequência fundamental emitida pela corda pressionada, quando tocada na região da boca, será de a) 660,0 Hz. b) 146,6 Hz. c) 880,0 Hz. d) 293,3 Hz. 2. Dois tubos sonoros de mesmo comprimento se diferem pela seguinte característica: o primeiro é aberto nas duas extremidades e o segundo é fechado em uma das extremidades. Considerando que a temperatura ambiente seja de 20 C e a velocidade do som igual a 344 m/s, assinale a alternativa que representa a razão entre a frequência fundamental do primeiro tubo e a do segundo tubo. a) 2,0 b) 1,0 c) 8,0 d) 0,50 e) 0,25

4 3. Ondas sonoras emitidas no ar por dois instrumentos musicais distintos, I e II, têm suas amplitudes representadas em função do tempo pelos gráficos abaixo. A propriedade que permite distinguir o som dos dois instrumentos é: a) o comprimento de onda b) a amplitude c) o timbre d) a velocidade de propagação e) a frequência 4. O morcego emite pulsos de curta duração de ondas ultrassônicas, os quais voltam na forma de ecos após atingirem objetos no ambiente, trazendo informações a respeito das suas dimensões, suas localizações e dos seus possíveis movimentos. Isso se dá em razão da sensibilidade do morcego em detectar o tempo gasto para os ecos voltarem, bem como das pequenas variações nas frequências e nas intensidades dos pulsos ultrassônicos. Essas características lhe permitem caçar pequenas presas mesmo quando estão em movimento em relação a si. Considere uma situação unidimensional em que uma mariposa se afasta, em movimento retilíneo e uniforme, de um morcego em repouso. A distância e velocidade da mariposa, na situação descrita, seriam detectadas pelo sistema de um morcego por quais alterações nas características dos pulsos ultrassônicos? a) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida diminuída. b) Intensidade aumentada, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida diminuída. c) Intensidade diminuída, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida aumentada. d) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada. e) Intensidade aumentada, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada. 5. Ao tocar um violão, um músico produz ondas nas cordas desse instrumento. Em consequência, são produzidas ondas sonoras que se propagam no ar. Comparando-se uma onda produzida em uma das cordas do violão com a onda sonora correspondente, é CORRETO afirmar que as duas têm: a) a mesma amplitude. b) a mesma frequência. c) a mesma velocidade de propagação. d) o mesmo comprimento de onda.

5 EXERCÍCIOS DE CASA 1. Uma corda de violão é posta a vibrar e são obtidos sucessivamente os dois estados estacionários ilustrados nas figuras a seguir: Calcule a razão f1/f2 entre a frequência f1 do estado estacionário 1 e a frequência f2 do estado estacionário Uma proveta graduada tem 40,0 cm de altura e está com água no nível de 10,0 cm de altura. Um diapasão de frequência 855 Hz vibrando próximo à extremidade aberta da proveta indica ressonância. Uma onda sonora estacionária possível é representada na figura a seguir. A velocidade do som, nessas condições, é, em m/s, a) 326. b) 334. c) 342. d) 350. e) O canal que vai do tímpano à entrada do ouvido pode ser considerado como um tubo cilíndrico de 2,5 cm de comprimento, fechado numa extremidade e aberto na outra. Considere a velocidade do som no ar igual a 340 m/s. Calcule a frequência fundamental de vibração da coluna de ar contida nesse canal.

6 4. Mariana estava na praia e observava um navio a grande distância. Notou que, do navio, um grande tubo cilíndrico vertical, de 6,0m de comprimento, expeliu certos vapores e, depois de 4,0s, ouviu o som emitido por ele. Considere que a velocidade de propagação do som no ar dentro do tubo e fora dele seja igual a 340m/s. a) Determine a distância entre o navio e Mariana. b) Considerando que o tubo que emitiu o apito do navio seja aberto nas duas extremidades, e que a figura a seguir represente as ondas estacionárias que se estabelecem dentro dele quando o som do apito e emitido, determine, em hertz, a frequência do apito. 5. A Figura 1 apresenta o gráfico da intensidade, em decibéis (db), da onda sonora emitida por um altofalante, que está em repouso, e medida por um microfone em função da frequência da onda para diferentes distâncias: 3 mm, 25 mm, 51 mm e 60 mm. A Figura 2 apresenta um diagrama com a indicação das diversas faixas do espectro de frequência sonora para o modelo de alto-falante utilizado neste experimento. Relacionando as informações presentes nas figuras 1 e 2, como a intensidade sonora percebida é afetada pelo aumento da distância do microfone ao alto-falante? a) Aumenta na faixa das frequências médias. b) Diminui na faixa das frequências agudas. c) Diminui na faixa das frequências graves. d) Aumenta na faixa das frequências médias altas. e) Aumenta na faixa das frequências médias baixas.

7 6. Um experimento para comprovar a natureza ondulatória da radiação de micro-ondas foi realizado da seguinte forma: anotou-se a frequência de operação de um forno de micro-ondas e, em seguida, retirou-se sua plataforma giratória. No seu lugar, colocou-se uma travessa refratária com uma camada grossa de manteiga. Depois disso, o forno foi ligado por alguns segundos. Ao se retirar a travessa refratária do forno, observou-se que havia três pontos de manteiga derretida alinhados sobre toda a travessa. Parte da onda estacionária gerada no interior do forno é ilustrada na figura. De acordo com a figura, que posições correspondem a dois pontos consecutivos da manteiga derretida? a) I e III b) I e V c) II e III d) II e IV e) II e V 7. Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante fa. O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância. O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo fo(t), antes e depois da passagem da ambulância por ele. Qual esboço gráfico representa a frequência fo(t) detectada pelo observador? a) b) c)

8 d) e) 8. O gráfico a seguir apresenta a variação de pressão em função do tempo para o som produzido, no ar, por dois instrumentos musicais. Está correto afirmar que os dois sons a) correspondem a notas musicais diferentes. b) possuem amplitudes diferentes. c) possuem frequências diferentes. d) possuem velocidades diferentes. e) possuem timbres diferentes. 9. Quando adolescente, as nossas tardes, após as aulas, consistiam em tomar às mãos o violão e o dicionário de acordes de Almir Chediak e desafiar nosso amigo Hamilton a descobrir, apenas ouvindo o acorde, quais notas eram escolhidas. Sempre perdíamos a aposta, ele possui ouvido absoluto. O ouvido absoluto é uma característica perceptual de Poucos indivíduos capazes de identificar notas isoladas sem outras referências, isto é, sem precisar relacioná-las com outras notas de uma melodia. LENT, R. O cérebro do meu professor de acordeão. Disponível em: Acesso em: 15 ago (adaptado). No contexto apresentado, a propriedade física das ondas que permite essa distinção entre as notas é a a) frequência. b) intensidade. c) forma da onda. d) amplitude da onda. e) velocidade de propagação. 10. A difração da luz só é nitidamente perceptível quando ocasionada por objetos pequeninos, com dimensões inferiores ao milésimo de milímetro. Por outro lado, diante de obstáculos macroscópicos, como uma casa ou seus móveis, a luz não apresenta difração, enquanto que o som difrata-se com nitidez. A velocidade de propagação do som no ar é de cerca de 340m/s e o intervalo de frequências audíveis vai de 20Hz até Hz. Calcule o intervalo dos comprimentos de ondas audíveis e com esse resultado explique por que há difração do som diante de objetos macroscópicos.

9 GABARITO Exercícios de aula 1. a 2. a 3. c 4. a 5. b Exercícios de casa 1. 1/3 2. c Hz 4. a) 1360 m b) 85 Hz 5. c 6. a 7. d 8. e 9. a 10. A difração ocorre quando o comprimento de onda tem a mesma ordem de grandeza do comprimento do obstáculo.