Física Domínio Onas e eletromagnetismo QUESTÕES PROPOSTAS 4.. SINAIS E ONDAS (pp. 51-56) 4. Uma fonte emite onas sonoras e 00 Hz. A uma istância e 0 m a fonte está instalao um aparelho que regista a chegaa as onas através o ar e remete-as novamente através e um fio metálico retilíneo. O comprimento e ona esse sinal sonoro, quano se propaga no fio, é 17 m. Determine o tempo e ia e volta as onas. Apresente toas as etapas e resolução. 5. O eco é um fenómeno físico estuao em acústica. 5.1. Para que ois sons consecutivos sejam percetíveis pelo ouvio humano, o intervalo e tempo entre os mesmos eve ser igual ou superior a 0,100 s. Consiere uma pessoa, iante e uma grane paree vertical, a gritar, num local one a velo ciae o som é m s -1. Determine, apresentano toas as etapas e resolução: 5.1.1. A istância para a qual o eco é ouvio 3,0 s após a emissão a voz. 5.1.. A menor istância à paree que permite à pessoa, que está a emitir o som, istinguir a sua voz e o respetivo eco. 5.. Para eterminar a profuniae e um poço e petróleo, um técnico emitiu com uma fonte sonora, na abertura o poço, onas e frequência 0 Hz e comprimento e ona 1,5 m. Decorrios 8,1 segunos, o técnico recebe o eco o som emitio. O gráfico seguinte trauz a velociae o som com a temperatura, no interior o poço. v som /m s -1 345 335 330 Velociae o som com a temperatura, 35 no interior e um poço. -5-15 -5 5 15 5 35 q/ C 5..1. Determine a profuniae o poço e petróleo. 5... Comente a seguinte afirmação: A temperatura o poço e petróleo está compreenia no intervalo 68,15 K < q < 73,15 K. 5..3. Selecione a única opção que contém os termos que preenchem sequencialmente os espaços seguintes, e forma a obter uma afirmação veraeira. Quano a temperatura o poço e petróleo aumenta as onas sonoras não se altera, aumenta e também aumenta. (A) a frequência a velociae o períoo. (B) o comprimento e ona a velociae a frequência. (C) a frequência o comprimento e ona o períoo. (D) o períoo a velociae o comprimento e ona. 1
Física Domínio Onas e eletromagnetismo QUESTÕES PROPOSTAS 6. SONAR é a sigla em inglês e SOun Navigation An Ranging, ou "navegação e eterminação a istância pelo som". É um instrumento auxiliar a navegação marítima, capaz e emitir ultrassons na água e captar os seus ecos, permitino, assim, a localização e objetos na água, pois regista o intervalo e tempo entre a emissão e a receção o ultrassom. 6.1. Explique como é que o SONAR contribui para eteção e objetos ebaixo e água. Na explicação, entre outros aspetos, refira em que consiste o eco e o que são ultrassons. 6.. A velociae méia e um ultrassom na água o mar é e 1500 m s-1. O operaor e sonar e um barco pesqueiro observou no aparelho o registo e uas reflexões. A primeira, 1/4 e seguno após a emissão o ultrassom, era corresponente a um carume que passava. A outra, recebia segunos após a emissão, era e próprio funo o mar. Determine a que profuniae se encontrava o carume e qual a profuniae o mar. Apresente toas as etapas e resolução. 6.3. Um barco e recreio está ancorao ao largo e uma ilha. No momento a ancoragem, o capitão observou que a âncora esceu 14,5 m abaixo o nível o sonar até atingir o funo o oceano naquele local. Quereno verificar se a sua aparelhagem e boro estava bem aferia, repetiu a meição utilizano um sonar. Com o sonar verificou que o intervalo e tempo entre a emissão o sinal e a posterior receção foi e 0,0 ms. Amita que o sonar foi utilizao na frequência e 100 khz. Com base na informação apresentaa, selecione a única opção correta. (A) Se a água for suficientemente homogénea, o móulo a velociae a ona sonora será constante e superior a 100 m s-1. (B) Para percorrer 9 m no ar, a ona sonora emitia pelo sonar levaria cerca e ms. (C) O comprimento e ona o pulso o sonar é igual a 10,5 mm. (D) O sinal sonoro emitio pelo sonar propaga-se na água por ser uma ona o tipo transversal. 6.4. O sonar e um submarino recebe as onas refletias pelo casco e um navio seis segunos após a emissão as mesmas, seno a velociae e propagação o som na água o mar, nas conições a meição, 150 m s-1. Amita que as velociaes o navio e o submarino são esprezíveis quano comparaas com a velociae o som. Determine a istância entre o submarino e o navio. Apresente toas as etapas e resolução.
Física Domínio Onas e eletromagnetismo 4.. SINAIS E ONDAS (pp. 51-56) 4. Estabelecer a expressão a velociae o som ao propagar-se no ar ( ) e ao propagar-se no fio (v ). = * f e v = l * f Determinar. = * f f 00 = 1,7 m Estabelecer a expressão que permite eterminar a frequência, conhecia a velociae e propagação e o comprimento e ona nos ois meios. v = * f f = e v = l * f f = Determinar a velociae e propagação o som (v ) no fio. Como a frequência não epene o meio e propagação v l v = * l 17 v = * v = 3,4 * 10 3 m s -1 1,7 Determinar o tempo e ia. Durante o percurso e ia, o som propaga-se no ar com velociae 0 1 1 1 1 = 10,0 s Determinar o tempo e volta. Durante a volta, o som vai a propagar-se no fio metálico com velociae v 0 v v 3,4 * 10 3 = 1,0 s Determinar o tempo e ia e volta. Tempo e ia + tempo e volta = 10,0 + 1,0 Tempo e ia + tempo e volta = 11,0 s O tempo e ia e volta as onas é 11,0 s. 5.1.1. Determinar o tempo e ia. 3,0 s é o tempo e ia e volta o som a propagar-se no ar. Como a istância e ia e e volta são iguais, o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo total. ia e volta 3,0 ia ia ia = 1,5 s l Determinar a istância percorria urante 1,5 s. v = * v = 1,5 * = 5,1 * 10 m Se a istância percorria urante o tempo e ia é 5,1 * 10 m, então, é porque essa é a istância para a qual aquele eco é ouvio 3,0 s após a emissão a voz. 5.1.. Estabelecer o menor tempo e ia e volta. Para que ois sons consecutivos sejam percetíveis pelo ouvio humano, o intervalo e tempo entre os mesmos eve ser igual ou superior a 0,100 s. Assim, o tempo e ia e volta tem e ter no mínimo a uração e 0,100 s. Determinar o tempo e ia. 0,100 s é o tempo e ia e volta o som a propagar-se no ar. Como a istância e ia e e volta são iguais, o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo e ia e volta. ia e volta 0,100 ia ia ia = 0,0500 s Determinar a istância percorria urante 0,0500 s. v = * v = 0,0500 * = 17,0 m Se a istância percorria urante o tempo e ia é 17,0 m, é porque essa é a istância para a qual o eco é ouvio 0,100 s após a emissão a voz. Assim, a menor istância à paree que permite à pessoa que está a emitir o som, istinguir a sua voz e o eco obtio é 17 m. 5..1. Determinar a velociae e propagação o som no poço. v = l * f v = 1,5 * 0 v = 330 m s -1. Determinar o tempo e ia. 8,1 s é o tempo e ia e volta o som a propagar-se no poço. Como a istância e ia e e volta são iguais, o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo total. ia e volta ia ia = 8,1 ia = 4,05 s 3
Física Domínio Onas e eletromagnetismo Determinar a istância percorria urante 4,05 s. v = * v = 4,05 * 330 =,7 * 10 3 m Se a istância percorria urante o tempo e ia é,7 * 10 3 m, então, essa é a profuniae o poço e petróleo. 5... A afirmação é veraeira. Por análise o gráfico, verifica-se que para uma velociae e propagação o som e 330 m s -1 a temperatura é próxima e -3 C, ou seja, 70,15 K (T = q + 73,15 T =-3+ 73,15 T = 70,15 K), o que permite amitir que a temperatura o poço e petróleo é próxima e 70,15 K. 5..3. (D) A frequência e o períoo só epenem a fonte emissora pelo que não se alteram com a variação a temperatura o poço. Por leitura gráfica, verifica-se que o aumento e temperatura conuz a um aumento a velociae e propagação o som. Ateneno à expressão v = l * f que relaciona a velociae e propagação (v) e uma ona com o seu comprimento e ona (l) e a sua frequência (f), verifica-se que seno a frequência inepenente o meio e propagação, a velociae e o comprimento e ona variam na razão ireta, ou seja, quanto maior a velociae e propagação maior o comprimento e ona e vice-versa. 6.1. O princípio básico e funcionamento o sonar é a emissão e ultrassons (onas mecânicas e elevaa frequência) por um aparelho colocao nos navios, acoplao a um recetor e som. O som emitio propaga-se na água, reflete-se no funo os oceanos ou nos objetos (peixes), retorna e é captao pelo recetor, que regista o intervalo e tempo entre a emissão e a receção o som. A emissão e receção os ultrassons são similares a um eco. Recorreno a cálculos, etermina-se a istância e a velociae o objeto. 6.. Determinar o tempo e ia o ultrassom até encontrar o carume. 0,5 s é o tempo e ia e volta o ultrassom. Como a istância e ia e e volta são iguais, o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo e ia e volta. ia e volta 0,5 ia ia ia = 0,15 s Determinar a istância percorria urante 0,15 s. v = * v = 0,15 * 1500 = 1,87 * 10 m Se a istância percorria urante o tempo e ia é 1,87 * 10 m é porque essa é a istância percorria pelo ultrassom até encontrar o carume. Determinar o tempo e ia o ultrassom até encontrar o funo o mar.,0 s é o tempo e ia e volta o ultrassom a propagar-se no mar. Como a istância e ia e e volta são iguais, o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo e ia e volta. ia e volta 0, ia ia ia = 1,0 s Determinar a istância percorria urante 1,0 s. v = * v = 1,0 * 1500 = 1,5 * 10 3 m Se a istância percorria urante o tempo e ia é 1,5 * 10 3 m é porque essa é a istância percorria pelo ultrassom até encontrar o funo o mar. Assim, a profuniae o mar naquele local é 1,5 * 10 3 m e a profuniae a que se encontrava o carume é 1,87 * 10 m. 6.3. (A) Determinar o tempo e ia o ultrassom até regressar ao navio. = 0,0 ms =,00 * 10 - s, é o tempo e ia e volta o ultrassom. Como a istância e ia e e volta são iguais, o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo e ia e volta. ia e volta,0 * 10 - ia ia ia = 1,0 * 10 - s Determinar a velociae o som na água o mar nas conições a meição. Uma vez que a aparelhagem e boro estava bem aferia, a istância percorria pelo ultrassom até encontrar o funo o mar foi 14,5 m. 4
Física Domínio Onas e eletromagnetismo 14,5 v v 1,0 * 1,0 - v = 1,45 * 10 3 m s -1 Poemos izer que, nas conições e meição, a velociae e propagação o som na água o mar é 1,45 * 10 3 m s -1. Determinar comprimento e ona o pulso o sonar na água o mar. O comprimento e ona o pulso o sonar epene o meio e propagação. f = 100 khz f = 100 * 10 3 Hz f = 1,00 * 10 5 Hz,45 * 10 3 v = l * f l l f 1,00 * 10 5 l = 1,45 * 10 - m Na água o mar, o comprimento e ona o pulso o sonar é 1,45 * 10 - m. Determinar o tempo que a ona sonora emoraria a percorrer 9 m no ar. 9 v v = 8,5 * 10 - s Assim, no ar, para percorrer 9 metros a ona emora 8,5 * 10 - s. 6.4. Determinar o tempo e ia o ultrassom até regressar ao submarino. 6,0 s é o tempo e ia e volta o ultrassom Como a istância e ia e e volta são iguais o tempo e ia (ou e volta) é metae o tempo e ia e volta. ia e volta 6,0 ia ia ia = 3,0 s Determinar a istância percorria urante 3,0 s. v = * v = 3,0 * 150 = 3,0 * 10 3 m A istância percorria pelo ultrassom até encontrar o navio foi 3,0 * 10 3 m. Assim, essa é a istância entre o submarino e o navio. 5