13 exemplos de ondas mecânicas
1. Diferença de fase de ondas transversais
Observe a seguinte imagem de onda senoidal !
Se o comprimento de onda da senoide acima for de 80 cm, então o ponto que tem uma diferença de fase de ¾ é…
A. P com Q
B. P com R
C. P com S
D. Q com S
E. R com S
Discussão
PQ = 3/4 do comprimento de onda
PR = 1 1/2 = 1,5 comprimentos de onda
PS = 2 comprimentos de onda
QS = 1 1/4 = 1,25 comprimentos de onda
RS = 1/2 comprimento de onda
A resposta correta é A.
2. Tubos de órgão abertos e fechados
São fornecidos dois tubos de órgão, um aberto e outro fechado, ambos com o mesmo comprimento. Se a velocidade do som no ar é de 340 m/s, então a razão entre as frequências harmônicas dos dois tubos de órgão abertos e as frequências harmônicas dos dois tubos de órgão fechados é…
Discussão
Isso é conhecido:
O comprimento de um tubo de órgão aberto e fechado é o mesmo.
Velocidade do som no ar (v) = 340 m/s
Perguntado:
Resposta: Comparação da frequência f do segundo harmônico (f 3 ) de um tubo de órgão aberto e fechado.
Tubo de órgão aberto
Um tubo de órgão aberto, ou tubo aberto, é um tubo que possui ambas as extremidades abertas, como na imagem ao lado.
A figura à direita é um gráfico de ondas sonoras em um tubo de órgão aberto, onde os nós representam a densidade do ar e os antinós representam a tensão do ar.
Passo fundamental (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Segundo harmônico (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (170/L) = 510/L
Tubo de órgão fechado
Um tubo de órgão fechado, ou tubo fechado, é um tubo com uma extremidade aberta e a outra fechada, como mostrado na figura abaixo. Se ambas as extremidades do tubo estiverem fechadas, o tubo não poderá ser usado.
A figura à direita é um gráfico de ondas sonoras em um tubo de órgão fechado, onde os nós representam a densidade do ar e os antinós representam a tensão do ar.
Passo fundamental (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Segundo harmônico (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (85/L) = 255/L
Comparação da frequência do segundo harmônico f (f 3 ) de tubos de órgão abertos e fechados
510/L : 255/L
510: 255
2: 1
3. Nível de intensidade da onda sonora
Uma fonte de ondas sonoras com potência de 12,56 W emite ondas de forma homogênea no meio circundante. A intensidade sonora limiar é de 10⁻¹² W / m² . A magnitude da intensidade de radiação da onda a uma distância de 10 metros da fonte é...
Discussão
Isso é conhecido:
Potência = 12,56 Watts
Intensidade do limiar sonoro (I o ) = 10 -12 Wm -2
Distância (r) = 10 metros
Pergunta: Nível de intensidade (TI)
Resposta:
A fórmula para a relação entre potência (P), intensidade (I) e distância (r):
Nível de intensidade (TI):
4. Intensidade sonora
Um sistema de alto-falantes emite 36π watts de potência acústica e um nível de intensidade de 80 dB quando ouvido a uma distância x do alto-falante. (I <sub>o</sub> = 10 <sup>-12 </sup> watt.m <sup>-2</sup> ). O valor correto de x é…
A. 100 m
B. 160 m
C. 175 m
D. 225 m
E. 300 m
Discussão
Sabe-se que:
Potência (P) = 36π Watt
Nível de intensidade (TI) = 80 dB
Distância = x
Limite de audição humana (I o ) = 10 -12 W att.m -2
Pergunta: Qual o valor de x?
Resposta:
A fórmula para a relação entre potência (P), intensidade (I) e distância (x):
Primeiro, calcule a intensidade do som a uma distância x:
Intensidade sonora:
Calcule o valor de x:
A resposta correta é E.
5. Onda viajante
Questão nº 24 do Exame Nacional de Física do Ensino Médio/Mestrado de 2015/2016
A equação da onda viajante expressa no Sistema Internacional de Unidades (SI) é y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
Com base nas seguintes declarações:
(1) Velocidade de propagação da onda 100 ms -1
(2) Em x = 0 e t = 0, o desvio da onda é igual a 0.
(3) Frequência da onda 20 Hz
(4) Amplitude da onda 2 cm
Qual está correto?
A. (1) e (2)
B. (1) e (3)
C. (1) e (4)
D. (2) e (4)
E. (2) e (3)
Discussão
Três formas de equações de onda:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T e k = 2π / λ
y = Um sen (2π/T) t – (2π/λ) x
y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2
y = A sen 2π (ft – x/λ) ——-> 2
T = 1/f e λ = v / f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
A equação da onda viajante na questão acima é a mesma que a da forma 2:
y = 0,2 sen (0,2 πx-20πt)
y = 0,2 sen π (0,2 x-20t)
y = 0,2 sen 2 π (0,1 x-10t)
y = 0,2 sen 2 π (x/10 -10t)
y = A sin 2π (ft – x/λ)
A = amplitude = 0,2 metros = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frequência = 10 s⁻¹ = 10 Hertz
λ = comprimento de onda = 10 metros
v = velocidade de propagação da onda = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
A resposta correta é A.
6. Efeito Doppler
Uma ambulância está se deslocando a uma velocidade de 72 km/ h com a sirene ligada a uma frequência de 1500 Hz. Um motociclista está se deslocando a uma velocidade de 20 m/ s na direção oposta à da ambulância. Se a velocidade do som no ar é de 340 m/ s , então a razão entre as frequências ouvidas pelo motociclista ao se aproximar e ao se afastar da ambulância é…
A. 25 : 36
B. 36 : 49
C. 64 : 81
D. 81 : 64
E. 100 : 61
Discussão
Regras de sinalização:
v é sempre positivo
v p é positivo se o ouvinte se aproximar da fonte sonora.
v p é negativo se o ouvinte se afastar da fonte sonora.
v s é positivo se a fonte sonora estiver voltada para o lado oposto ao do ouvinte.
v s é negativo se a fonte sonora estiver se aproximando do ouvinte.
v p = 0 se o ouvinte permanecer em silêncio
v s = 0 se a fonte sonora for silenciosa
Sabe-se que:
Frequência da fonte sonora (f) = 1500 Hz
Velocidade do ouvinte (v p ) = 20 m/s
Velocidade da fonte sonora (v s ) = 72 km/h = 72 (1000 metros) / 3600 segundos = 72.000/3600 metros/segundo = 20 m/s
Velocidade do som (v) = 340 m/s
Pergunta: Comparação das frequências ouvidas por motociclistas ao se aproximarem e se afastarem de uma ambulância.
Resposta:
Fórmula do efeito Doppler:
A frequência ouvida por um motociclista ao se aproximar de uma ambulância.
Ambas estão em direções opostas, de modo que, quando a motocicleta se aproxima da ambulância, elas estão se aproximando uma da outra. v<sub> p</sub> é positivo se o ouvinte estiver se aproximando da fonte sonora e v <sub>s</sub> é negativo se a fonte sonora estiver se aproximando do ouvinte.
A frequência ouvida pelos motociclistas ao se afastarem de uma ambulância.
Ambos estão em direções opostas, de modo que, quando a motocicleta se afasta da ambulância, eles se afastam um do outro. v<sub> p</sub> é negativo se o ouvinte se afasta da fonte sonora e v <sub>s</sub> é positivo se a fonte sonora se afasta do ouvinte.
Comparação das frequências ouvidas por motociclistas ao se aproximarem e se afastarem de uma ambulância.
A resposta correta é D.
Intensidade sonora
7. Observe a seguinte imagem!
Se o ponto P é uma fonte sonora que irradia em todas as direções, então a razão entre a intensidade sonora nos pontos S, R e Q, respectivamente, é...
A. 16 : 25 : 100
B. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36 : 25 : 100
E. 72 : 25 : 200
Discussão
Sabe-se que:
A distância do ponto Q à fonte sonora (r)Q) = 3 metros
Distância do ponto R à fonte sonora (r R ) = 6 metros
Distância do ponto S à fonte sonora (r S ) = 5 metros
Intensidade sonora no ponto Q = I Q
Intensidade sonora no ponto R = I R
Intensidade sonora no ponto S = I S
Pergunta: Comparação da intensidade sonora nos pontos S, R e Q ( I <sub>S</sub> : I<sub> R</sub> : I<sub> Q</sub> )
Resposta:
Intensidade sonora no ponto S:
Intensidade sonora no ponto R:
Intensidade sonora no ponto S:
Comparação da intensidade sonora nos pontos S, R e Q:
A resposta correta é D.
8. As ondas sonoras se propagam igualmente a partir de sua fonte em todas as direções. O ponto A está a uma distância P da fonte sonora, o ponto B está a uma distância de 2P da fonte sonora e o ponto C está a uma distância de 4P da fonte sonora. A razão entre as intensidades sonoras recebidas por A, B e C é…
A. 16 : 4 : 1
B. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1 : 2 : 4
E. 1 : 4 : 16
Discussão
Sabe-se que:
Distância do ponto A à fonte sonora (r A ) = P
Distância do ponto B à fonte sonora (r B ) = 2P
Distância do ponto C à fonte sonora (r C ) = 4P
Intensidade sonora no ponto A = I A
Intensidade sonora no ponto B = I B
Intensidade sonora no ponto C = IC
Pergunta: Comparação da intensidade sonora nos pontos A, B e C ( IA : IB : IC )
Resposta:
Intensidade sonora no ponto A:
Intensidade sonora no ponto B:
Intensidade sonora no ponto C:
Comparação da intensidade sonora nos pontos A, B e C:
A resposta correta é A.
9. Efeito Doppler
A imagem a seguir mostra um carro da polícia perseguindo um criminoso em um veículo motorizado:
Uma viatura policial, com a sirene ligada a uma frequência de 9,30 Hz, persegue a motocicleta de um criminoso que foge a uma velocidade de 72 km/h . A viatura acelera para 108 km/h para alcançar o criminoso. Se a velocidade do som no ar é de 340 m/s , então a frequência do som da sirene ouvida pelo criminoso na motocicleta é...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
E. 1.200 Hz
Discussão
Regras de sinalização:
v é sempre positivo
v p é positivo se o ouvinte se aproximar da fonte sonora.
v p é negativo se o ouvinte se afastar da fonte sonora.
v s é positivo se a fonte sonora estiver voltada para o lado oposto ao do ouvinte.
v s é negativo se a fonte sonora estiver se aproximando do ouvinte.
v p = 0 se o ouvinte permanecer em silêncio
v s = 0 se a fonte sonora for silenciosa
Sabe-se que:
Frequência da fonte sonora (f) = 9 30 Hz
Velocidade do ouvinte (v p ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 metros) / 3600 (segundos) = 72.000/3600 metros/segundo = 20 m/s = -20 ms -1 (negativo porque o criminoso está se afastando da polícia)
Velocidade da fonte sonora (v s ) = 108 km/h -1 = 108 (1000 metros) / 3600 (segundos) = 108.000/3600 metros/segundo = 30 m/s = -30 ms -1 (negativo porque a polícia está se aproximando do criminoso)
Velocidade do som (v) = 340 m/ s
Procura-se: Frequência do som percebido pelo ouvinte (f')
Resposta:
Fórmula do efeito Doppler:
A resposta correta é C.
Nível de intensidade sonora
10. Em um salão, 100 alunos estão aprendendo a cantar. Se o nível de intensidade sonora de um aluno ao cantar for de 40 dB (assuma o mesmo para cada criança), então a intensidade sonora produzida no salão é… (I o = 10 -12 Wm -2 )
A. 10 -4 Wm -2
B. 10 -5 Wm -2
C. 10 -6 Wm -2
D. 10 -7 Wm -2
E. 10 -8 Wm -2
Discussão
Sabe-se que:
Nível de intensidade de um aluno (T I ) = 40 dB
Intensidade do limiar de audição humana (I o ) = 10 -12 W/m 2
Número de alunos (x) = 100
Pergunta feita: Intensidade sonora de 100 alunos
Resposta:
Intensidade sonora de 1 aluno:
Intensidade sonora de 100 aluno:
I x = (x)(I)
I x = (100)(10 -8 ) = (10 2 )(10 -8 )
I x = 10 -6 W/m 2
A resposta correta é C.
11. A intensidade sonora de 100 máquinas idênticas é de 10⁻⁷ W.m⁻² . Se I₀ = 10⁻¹² W.m⁻² , então o nível de intensidade sonora de uma máquina é…
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Discussão
Sabe-se que:
Intensidade sonora de 100 máquinas (I x ) = 10 -7 Watt.m -2
Intensidade do limiar de audição humana (I o ) = 10 -12 W/m 2
Número de máquinas (x) = 100 = 10²
Pergunta: Qual o nível de intensidade sonora de uma máquina (TI)?
Resposta:
Intensidade sonora de 1 máquina:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10 2 )( I )
I = 10⁻⁷ / 10² = ( 10⁻⁷ )( 10⁻² ) = 10⁻⁹
Nível de intensidade sonora de uma máquina (TI):
A resposta correta é E.
12. As propriedades gerais das ondas são as seguintes:
(1) não pode se propagar no vácuo
(2) propaga-se diretamente em diferentes meios
(3) vivenciando a reflexão
(4) experimentando difração
(5) sofrendo interferência
A partir das propriedades das ondas descritas acima, o que corresponde às características das ondas de luz é...
A. (1) e (2) apenas
B. (3) e (4) apenas
C. (2), (3) e (4)
D. (3), (4) e (5)
E. (1), (3), (4) e (5)
Discussão
(1) As ondas de luz são ondas eletromagnéticas que não necessitam de um meio de propagação. Por não necessitarem de um meio de propagação, as ondas eletromagnéticas podem propagar-se no vácuo.
(2) Quando ondas de luz que se propagam em um meio entram em um novo meio, as ondas de luz também sofrem refração. A refração da luz é a mudança na direção de propagação das ondas de luz. A refração ocorre devido à diferença na velocidade das ondas de luz em cada meio diferente.
(3) Além de sofrer refração, as ondas de luz também sofrem reflexão. A reflexão da luz por um espelho plano é um exemplo do fenômeno da reflexão da luz. A reflexão da luz por um espelho plano possibilita que espelhos planos sejam usados como ferramentas de maquiagem.
(4) A difração não é experimentada apenas por ondas eletromagnéticas, como ondas de luz, mas também por ondas mecânicas, como ondas de água e ondas sonoras.
(5) Além de ser experimentada por ondas eletromagnéticas como ondas de luz, a interferência também é experimentada por ondas mecânicas como ondas de água, ondas de corda ou ondas sonoras.
A resposta correta é D.
13. Preste atenção às seguintes propriedades das ondas!
(1) experimentando difração
(2) vivenciando a reflexão
(3) não pode se propagar no vácuo
(4) pode experimentar polarização
(5) move-se em linha reta ao passar por dois meios diferentes
Das propriedades das ondas acima, as que correspondem às características das ondas sonoras são...
A. (1), (2) e (3)
B. (1), (2) e (4)
C. (1), (3) e (4)
D. (2), (3) e (4)
E. (3), (4) e (5)
Discussão
(1) A difração não é experimentada apenas por ondas eletromagnéticas, como as ondas de luz, mas também por ondas mecânicas, como as ondas sonoras.
(2) A reflexão ou ricochete é experimentada por ondas eletromagnéticas, como ondas de luz, e ondas mecânicas, como ondas sonoras ou ondas na água. Um exemplo de reflexão de ondas sonoras é o eco.
(3) As ondas sonoras são ondas mecânicas. Ondas mecânicas são ondas que necessitam de um meio de propagação para se propagarem. Se não houver meio, como no vácuo, as ondas sonoras não podem se propagar.
(4) A polarização é experimentada por ondas transversais, como ondas em cordas, ondas na superfície da água e ondas eletromagnéticas, como ondas de luz. As ondas sonoras são ondas longitudinais e, portanto, não podem experimentar polarização.
(5) Ao propagar-se de um meio para um meio diferente, as ondas sonoras sofrem refração ou uma mudança na direção de propagação. A refração ocorre quando a onda começa a entrar em um meio diferente.
A resposta correta é A.
Fonte da pergunta:
Questões de Física para o Exame Nacional do Ensino Médio/Ensino Técnico
