Plano de aula efeito doppler

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PLANO DE AULA EFEITO DOPPLERNAS GERAIS
SEMNAS 3 e 4
UNIDADE(S) TEMÁTICA(S):
Eixo Temático IV: Luz, Som – Tema 10.Ondas 
OBJETO DE CONHECIMENTO:
Efeito doppler 
HABILIDADE(S):
Compreender o efeito doppler e suas aplicações 
Compreender e conhecer a relação entre a frequência, o período, o comprimento de onda e a amplitude de
uma onda.
Conhecer e saber usar na solução de problemas simples a relação entre velocidade, frequência e comprimento de onda
CONTEÚDOS RELACIONADOS:
INTERDISCIPLINARIDADE:
Matemática.
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EFEITO DOPPLERORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS
O efeito doppler é o fenômeno pelo qual um observador percebe uma frequência diferente da emitida por uma fonte devido ao movimento relativo entre eles (observador e fonte). Você já deve ter notado que o som da sirene da ambulância, ou de um carro de bombeiros, parece ser mais agudo quando o móvel (ambulância ou carro de bombeiros) aproxima-se do que durante seu afastamento. Na realidade, a frequência emitida pela sirene é sempre a mesma, o que muda é nossa sensação auditiva.
Vamos considerar a situação representada na figura acima. Na traseira do veículo, as compressões ficam mais distantes e, assim, o ouvido de A recebe menos compressões por segundo. Na frente da ambulância, as compressões ficam mais próximas e, assim, o ouvido do observador B recebe mais compressões por segundo.
A alteração na frequência da onda sonora pode ser calculada com o uso de uma expressão bastante simples
onde  é a frequência que o observador recebe,  é a frequência emitida pela fonte,  é a velocidade do observador em relação ao meio (positiva ao se aproximar da fonte, negativa ao se afastar),  é a velocidade da fonte em relação ao meio (positiva ao se afastar, negativa ao se aproximar do observador) e é a velocidade da onda no meio.
Por esse resultado percebemos que o Efeito Doppler para ondas sonoras depende da velocidade com a qual a fonte se desloca em relação ao meio, nesse caso o ar, e também depende da velocidade com a qual o observador se desloca.
O efeito Doppler é muito utilizado na Astrofísica por exemplo. Através dele é possível determinar distâncias das estrelas, radiação emitidas por elas, detecção de radiação emitidas por buracos negros e fenômenos relacionados a expansão acelerada do Universo.
O efeito é aplicado em alguns tipos de radares que emitem ondas em direção a objetos que estão se deslocando. Para um veículo se afastando, a diminuição da frequência refletida é usada para determinar a velocidade do veículo, uma vez que para determiná-la basta saber a frequência que o som é emitido, a frequência que é detectada quando o som é refletido, e a velocidade do som no meio de medição.
Na medicina, um ecocardiograma pode, dentro de certos limites, permitir uma avaliação precisa da direção e velocidade do fluxo sanguíneo e as condições dos tecidos cardíacos através do efeito Doppler.
Na natureza, é muito comum alguns animais usar o efeito Doppler para caçar alimentos ou se guiar. Esse efeito é chamado de ecolocalização, é um tipo de visão auditiva
							
Exemplo 
1- Uma fonte que emite som de frequência 1110Hz afasta-se de um observador com velocidade de 30 m/s. o observador também se afasta da fonte com velocidade de 10m/s sendo a velocidade do som igual a 340m/s, qual a frequência ouvida pelo observador?
Resolução 
Aplicando a equação para o efeito doppler temos:
Substituindo os valores dados no problema tem-se
Resolvedor a equação acima temos 
Para saber mais...
Você pode entender melhor propagação do som em tubos através das sugestões de vídeo a
seguir:
Efeito doppler 
https://www.youtube.com/watch?v=QZRXElcE4sA&ab_channel=PuraF%C3%ADsica
https://www.youtube.com/watch?v=78WkQObqp3U&ab_channel=Ci%C3%AAnciaTodoDia
ATIVIDADES
1- Um carro trafega a 20 m/s em uma estrada reta. O carro se aproxima de uma pessoa, parada no acostamento, querendo atravessar a estrada. O motorista do carro, para alertá-la, toca a buzina, cujo som, por ele ouvido, tem 640 Hz. A frequência do som da buzina percebida pela pessoa parada é, aproximadamente, Considere: a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e não há vento.
a) 760 Hz
b) 720 Hz
c) 640 Hz
d) 600 Hz
e) 680 Hz
2- A comprovação experimental do efeito Doppler ocorreu em 1845, com o cientista Buys Ballot (1817 – 1890). Ballot verificou a alteração na percepção da frequência do som emitido por trompetistas que estavam em um vagão de trem. Marque a alternativa correta a respeito desse experimento.
a) Na aproximação, Ballot verificou sons mais graves.
b) No afastamento, Ballot verificou sons mais altos.
c) A alteração nas frequências produzida pelo efeito Doppler também foi observada pelos trompetistas.
d) Na aproximação, o som percebido é mais alto.
e) No afastamento, a frequência será maior que a frequência real emitida pelos trompetistas.
3- Quando uma ambulância se aproxima ou se afasta de um observador, este percebe uma variação na altura do som emitido pela sirene (o som percebido fica mais grave ou mais agudo). Esse fenômeno é denominado Efeito Doppler. Considerando o observador parado,
a) o som PERCEBIDO fica mais agudo à medida que a ambulância se afasta.
b) o som PERCEBIDO fica mais agudo à medida que a ambulância se aproxima.
c) a frequência do som EMITIDO aumenta à medida que a ambulância se aproxima.
d) o comprimento de onda do som PERCEBIDO aumenta à medida que a ambulância se aproxima.
e) o comprimento de onda do som PERCEBIDO é constante, quer a ambulância se aproxime ou se afaste do observador, mas a frequência do som EMITIDO varia.
4- O Sivam (Sistema de Vigilância da Amazônia) é uma rede que produz informações para orientar ações de combate ao narcotráfico e ao desmatamento. Esse sistema utiliza radares de solo para detectar aviões que se movimentam sobre a região. Se os aviões estão se afastando do radar, a frequência da onda refletida por eles é menor que a frequência da onda emitida pelo radar. E no caso de aproximação, a frequência da onda refletida é maior que a da onda emitida. Sobre a relação entre frequência, comprimento de onda e velocidade das ondas eletromagnéticas utilizadas pelos radares, é correto afirmar:
Dado: Para ondas harmônicas , onde v é velocidade, λ é comprimento de onda e é frequência.
a) As ondas refletidas por aviões que se afastam têm velocidade de propagação menor que a da onda emitida pelo radar. 
b) O comprimento de onda das ondas refletidas por aviões que se aproximam do radar é menor que o comprimento de onda das ondas emitidas. 
c) As ondas refletidas detectadas pelo radar têm frequência nula quando o avião, que refletiu as ondas, estiver em repouso. 
d) A frequência das ondas refletidas pelos aviões em movimento depende da distância em que estão da torre de radar. 
e) O comprimento de onda das ondas emitidas pelo radar depende da velocidade dos aviões detectados e é tanto maior quanto maior for a velocidade de afastamento dos aviões.
5- O efeito Doppler é conhecido pelas variações em frequência que alguém escuta de uma fonte sonora em movimento, com respeito a este fenômeno são feitas as seguintes afirmações:
I) Se uma ambulância se aproxima de uma pessoa, o som emitido pela ambulância parecerá mais agudo do que se estivesse ambas paradas
II) as variações na frequência do efeito Doppler dependem da velocidade relativa entre a fonte emissora e o observador
III) o efeito Doppler ocorre apenas para ondas sonoras
Quais afirmações estão corretas?
Apenas I
Apenas I e II
Apenas II e III
Apenas I e III
I, II e III
6-Um professor lê o seu jornal sentado no banco de uma praça e, atento às ondas sonoras, analisa três eventos:
I – O alarme de um carro dispara quando o proprietário abre a tampa do porta-malas.
II –Uma ambulância se aproxima da praça com a sirene ligada.
III – Um mau motorista, impaciente, após passar pela praça, afasta-se com a buzina permanentemente ligada.
O professor percebe o efeito Doppler apenas:
a) no evento I, com frequência sonora invariável
b) nos eventos I e II, com diminuição da frequência
c) noseventos I e III, com aumento da frequência
d) nos eventos II e III, com diminuição da frequência em II e aumento em III
e) nos eventos II e III, com aumento da frequência em II e diminuição em III
7- 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.