Parte I Ondas Sonoras 1. (Ufmg 2013) Uma corda esticada e presa nas duas extremidades pode vibrar em diferentes frequências, sendo a mais baixa delas denominada frequência do modo fundamental. Em um violino, a distância entre as extremidades em cada corda é de 0,32 m. Maria Sílvia coloca esse violino próximo a um autofalante conectado a um dispositivo capaz de produzir sons com frequências que variam continuamente entree 500 Hz e 1.500 Hz. Ela observa que uma das cordas oscila apenas quando o dispositivo emite sons com as frequências de 880 Hz e 1.320 Hz. a) Na situação dessa corda vibrando em seu modo fundamental, DETERMINE: 1. a frequência da vibração. 2. o comprimento de onda da onda na corda. b) Com relação ao som emitido por essa corda quando ela vibra em seu modo fundamental, DETERMINE: 1. a frequência dessa onda sonora. 2. o comprimento de onda dessa onda sonora. 2. (Uftm 2011) Sílvia e Patrícia brincavam com uma corda quando perceberam que, prendendo uma das pontas num pequeno poste e agitando a outra ponta em um mesmo plano, faziam com que a corda oscilasse de forma que alguns de seus pontos permaneciam parados, ou seja, se estabelecia na corda uma onda estacionária. A figura 1 mostra a configuração da corda quando Sílvia está brincando e a figura 2 mostra a configuração da mesma corda quando Patrícia está brincando. a) 1,6. b) 1,2. c) 0,8. d) 0,6. e) 0,4. 3. (Ufu 2011) O efeito Doppler recebe esse nome em homenagem ao físico austríaco Johann Christian Doppler que o propôs em 1842. As primeiras medidas experimentais do efeito foram realizadas por Buys Ballot, na Holanda, usando uma locomotiva que puxava um vagão aberto com vários trompetistas que tocavam uma nota bem definida. Considere uma locomotiva com um único trompetista movendo-se sobre um trilho horizontal da direita para a esquerda com velocidade constante. O trompetista toca uma nota com frequência única f. No instante desenhado na figura, cada um dos três observadores detecta uma frequência em sua posição. Nesse instante, a locomotiva passa justamente pela frentee do observador D 2. Analise as afirmações abaixo sobre os resultados da experiência. I. O som percebido pelo detector D 1 é mais agudo que o som emitido e escutado pelo trompetista. II. A frequência medida pelo detector D 1 é menor que f. III. As frequências detectadas por D 1 e D 2 são iguais e maiores que f, respectivamente. IV. A frequência detectada por D 2 é maior que a detectada por D 3. Assinale a alternativa que apresenta as afirmativas corretas. a) Apenas I e IV. b) Apenas II. c) Apenas II e IV. d) Apenas III. 4. (Ufmg 2008) Bruna afina a corda mi de seu violino, para que ela vibre com uma frequência mínima de 680 Hz. A parte vibrante das cordas do violino de Bruna mede 35 cm de comprimento, como mostrado nesta figura: Considerando-se iguais, nas duas situações, as velocidades de propagação das ondas na corda, e chamando de f S e f P as frequências com que Sílvia e Patrícia, respectivamente, estão fazendo a corda oscilar, pode-se afirmar corretamente que a relação f S / f P é igual a www.soexatas.com Página 1
b) um comprimento de onda menor que o daquele que ela consegue ouvir. c) uma velocidade de propagação maior que a daquele que ela consegue ouvir. d) uma velocidade de propagação menor que a daquele que ela consegue ouvir. Considerando essas informações, a) CALCULE a velocidade de propagação de uma onda na corda mi desse violino. b) Considere que a corda mi esteja vibrando com uma frequência de 680 Hz. DETERMINE o comprimento de onda, no ar, da onda sonora produzida por essa corda. 7. (Ufmg 2001) Na figura, está representada uma onda que, ao se propagar, se aproxima de uma barreira. A posição das cristas dessa onda, em um certo momento, está representada pelas linhas verticais. A seta indica a direção de propagação da onda. Na barreira, existe uma abertura retangular de largura ligeiramente maior que o comprimento de onda da onda. Considerando essas informações, assinale a alternativa em que MELHOR estão representadas as cristas dessa onda após ela ter passado pela barreira. Velocidade do som no ar = 340 m/s 5. (Ufu 2006) João corre assoviando em direção a uma parede feita de tijolos, conforme figura a seguir. A frequência do assovio de João é igual a f(inicial). A frequência da onda refletida na parede chamaremos de f(final). Suponha que João tenha um dispositivo "X" acoplado ao seu ouvido, de forma que somente as ondas refletidas na parede cheguem ao seu tímpano. Podemos concluir que a frequência do assovio que João escuta f(final) é a) maior do que f(refletido). b) igual a f(refletido). c) igual a f(inicial). d) menor do que f(refletido). 6. (Ufmg 2002) Mariana pode ouvir sons na 20kHz. Suponha que, próximo a ela, um morcego emite um som de 40kHz. Assim sendo, Mariana não ouve o som emitido pelo morcego, porque esse som tem a) um comprimento de onda maior que o daquele que ela consegue ouvir. www.soexatas.com faixa de 20Hz a 8. (Pucmg 2001) A figura mostra uma onda que, ao se propagar no sentido da seta superior, atinge o anteparo A onde há um orifício a, prosseguindo conforme indicam as setas inferiores. O meio de propagação é o mesmo, antes do anteparo (Região I) e depois do anteparo (Região II). Sobre tal situação, é FALSO afirmar que: a) o comprimento de onda na Região I é maior que o comprimento de onda na Região II. b) o fenômeno que ocorre na passagem da Região I para a Região II é a difração. c) o módulo da velocidade de propagação da onda na Região I é igual ao módulo da velocidade de propagação da onda na Região II. Página 2
d) o período da onda na Região I é igual ao período da onda na Região II. Parte II 1. (Pucsp 2012) Um homem mantém em equilíbrio estático um bloco preso a uma corda de densidade linear igual a 0,01 kg/m, conforme a figura. Determine a massa M do bloco, sabendo que as frequências de duas harmônicas consecutivas de uma onda estacionária no trecho vertical de 2 m da corda correspondem a 150 Hz e 175 Hz. ρ Nessas condições, a razão δ corpo e do líquido, é a) 3 2 b) 4 3 c) 5 4 d) 6 5 entre as densidades do a) 10 2 g b) 10 3 g c) 10 4 g d) 10 5 g e) 10 6 g 2. (Epcar(Afa) 2012) A figura 1 abaixo apresenta a configuração de uma onda estacionária que se forma em uma corda inextensível de comprimento L e densidade linear μ quando esta é submetida a oscilações de frequência constante f 0, através de uma fonte presa em uma de suas extremidades. A corda é tencionada por um corpo homogêneo e maciço de densidade ρ, preso na outra extremidade, que se encontra dentro de um recipiente inicialmente vazio. Considere que o recipiente seja lentamente preenchido com um líquido homogêneo de densidade δ e que, no equilíbrio, o corpo M fique completamente submerso nesse líquido. Dessa forma, a nova configuração de onda estacionária que se estabelece na corda é mostrada na figura 2. 3. (Unesp 2011) Na geração da voz humana, a garganta e a cavidade oral agem como um tubo, com uma extremidade aproximadamente fechada na base da laringe, onde estão as cordas vocais, e uma extremidade aberta na boca. Nessas condições, sons são emitidos com maior intensidade nas frequências e comprimentos de ondas para as quais há um nó (N) na extremidade fechada e um ventre (V) na extremidade aberta, como ilustra a figura. As frequências geradas são chamadas harmônicos ou modos normais de vibração. Em um adulto, este tubo do trato vocal tem aproximadamente 17 cm. A voz normal de um adulto ocorre em frequências situadas aproximadamente entre o primeiro e o terceiro harmônicos. Considerando que a velocidade do som no ar é 340 m/s, os valores aproximados, em hertz, das frequências dos três primeiros harmônicos da voz normal de um adulto são a) 50, 150, 250. b) 100, 300, 500. c) 170, 510, 850. d) 340, 1 020, 1 700. e) 500, 1 500, 2 500. 4. (Epcar (Afa) 2011) Um diapasão de frequência conhecida igual a 340 Hz é posto a vibrar continuamente próximo à boca de um tubo, de 1 m de comprimento, que possui em sua base um dispositivo que permite a entrada lenta e gradativa de água como mostra o desenho abaixo. www.soexatas.com Página 3
6. (Unicamp 2011) Para se obter V m o radar mede a diferença de frequências Äf, dada por Äf = f f 0 = ± V m c f 0, Quando a água no interior do tubo atinge uma determinada altura h a partir da base, o som emitido pelo tubo é muito reforçado. Considerando a velocidade do som no local de 340 m/s, a opção que melhor representa as ondas estacionárias que se formam no interior do tubo no momento do reforço é a) b) c) d) 5. (Ita 2011) O tubo mais curto de um órgão típico de tubos tem um comprimento de aproximadamente 7 cm. Qual é o harmônico mais alto na faixa audível, considerada como estando entre 20 Hz e 20.000 Hz, de um tubo deste comprimento aberto nas duas extremidades? TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: O radar é um dos dispositivos mais usados para coibir o excesso de velocidade nas vias de trânsito. O seu princípio de funcionamento é baseado no efeito Doppler das ondas eletromagnéticas refletidas pelo carro em movimento. Considere que a velocidade medida por um radar foi V m = 72 km/h para um carro que se aproximava do aparelho. sendo f a frequência da onda refletida pelo carro, f 0 = 2,4 x10 10 Hz a frequência da onda emitida pelo radar e c = 3,0 x10 8 m/s a velocidade da onda eletromagnética. O sinal (+ ou -) deve ser escolhido dependendo do sentido do movimento do carro com relação ao radar, sendo que, quando o carro se aproxima, a frequência da onda refletida é maior que a emitida. Pode-se afirmar que a diferença de frequência Äf medida pelo radar foi igual a a) 1600 Hz. b) 80 Hz. c) 80 Hz. d) 1600 Hz. 7. (Enem 2ª aplicação 2010) Ao contrário dos rádios comuns (AM ou FM), em que uma única antena transmissora é capaz de alcançar toda a cidade, os celulares necessitam de várias antenas para cobrir um vasto território. No caso dos rádios FM, a frequência de transmissão está na faixa dos MHz (ondas de rádio), enquanto, para os celulares, a frequência está na casa dos GHz (micro-ondas). Quando comparado aos rádios comuns, o alcance de um celular é muito menor. Considerando-se as informações do texto, o fator que possibilita essa diferença entre propagação das ondas de rádio e as de micro-ondas é que as ondas de rádio são a) facilmente absorvidas na camada da atmosfera superior conhecida como ionosfera. b) capazes de contornar uma diversidade de obstáculos como árvores, edifícios e pequenas elevações. c) mais refratadas pela atmosfera terrestre, que apresenta maior índice de refração para as ondas de rádio. d) menos atenuadas por interferência, pois o número de aparelhos que utilizam ondas de rádio é menor. e) constituídas por pequenos comprimentos de onda que lhes conferem um alto poder de penetração em materiais de baixa densidade. Parte III: como cai na UFJF TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Dados: Aceleração da gravidade: 2 g 10 m/s = 3 3 Densidade da água: ρ a = 1,0 g/cm = 1000 kg/m 8 Velocidade da luz no vácuo: c = 3,0 10 m/s 5 2 Pressão atmosférica: Patm = 1,0 10 N/m 3 3 3 1 litro = 1 dm = 10 m 15 1 ano-luz = 9,461 10 m Calor específico da água: ca = 1 cal/gºc= 4000 J/KgºC 19 1 ev = 1,6 10 J www.soexatas.com Página 4
1 cal= 4,2 J 1. (Ufjf 2011) A radiação produzida por um forno de microondas interage com as moléculas de água, contidas nos alimentos, fazendo-as oscilar com uma frequência de 3,0 9 GHz (3,0 10 Hz). Essa oscilação é capaz de produzir calor que aquece o alimento. a) Considerando que a potência do forno de micro-ondas seja de 1200 W e que sua eficiência em transformar energia elétrica em calor seja de 50%, qual é o tempo necessário para aquecer meio litro de água de 20º até 50ºC? b) Calcule o comprimento de onda das micro-ondas no interior do forno. c) O forno pode ser considerado como uma cavidade ressonante desde que a frequência da onda seja exatamente a frequência ressonante para a cavidade. Nesse caso, as ondas eletromagnéticas, em seu interior, terão nodos nas paredes do forno. Sabendo que a distância entre duas laterais consecutivas é l = 50 cm, determine o número n de antinodos das ondas estacionárias ao longo dessa distância. 2. (Ufjf 2007) No passado, durante uma tempestade, as pessoas costumavam dizer que um raio havia caído distante, se o trovão devido a ele fosse ouvido muito tempo depois; ou que teria caído perto, caso acontecesse o contrário. 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 distância. e) ser muito menor que a da luz. 3. (Ufjf 2007) Um alarme de segurança, que está fixo, é acionado, produzindo um som com uma frequência de 735 Hz. Considere a velocidade do som no ar como sendo de 343 m/s. Quando uma pessoa dirige um carro em direção ao alarme e depois se afasta dele com a mesma velocidade, observa uma mudança na frequência de 78,4 Hz. a) A frequência ouvida pela pessoa quando ela se aproxima da sirene, é maior ou menor do que ouviria se ela estivesse parada? Justifique. b) Qual é o módulo da velocidade do carro? 4. (Ufjf 2006) Considerando que a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e que o canal auditivo humano pode ser comparado a um tubo de órgão com uma extremidade aberta e a outra fechada, qual deveria ser o comprimento do canal auditivo para que a frequência fundamental de uma onda sonora estacionária nele produzida seja de 3400 Hz? a) 2,5 m b) 2,5 cm c) 0,25 cm d) 0,10 m e) 0,10 cm 5. (Ufjf 2002) Dentre as afirmativas a seguir, sobre ondas eletromagnéticas, assinale a CORRETA: a) A luz solar, ao incidir frontalmente na janela escancarada do seu quarto, sofre difração. b) Uma lupa forma imagem real e invertida. c) Ondas eletromagnéticas emitidas por duas fontes puntiformes não sofrem interferência em qualquer situação. d) Uma onda eletromagnética é constituída por campos elétrico e magnético que oscilam perpendicularmente à direção de sua propagação. e) A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética aumenta quando ela passa de um meio menos refringente para outro mais refringente. www.soexatas.com Página 5