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Exercícios – Acústica 1. Um homem adulto conversa com outro de modo amistoso e sem elevar o nível sonoro de sua voz. Enquanto isso, duas crianças brincam emitindo gritos eufóricos, pois a brincadeira é um jogo interessante para elas. O que distingue os sons emitidos pelo homem dos emitidos pelas crianças: a. é o timbre, apenas. b. é a altura, apenas. c. são a intensidade e o timbre, apenas. d. são a altura e a intensidade, apenas. e. são a altura, a intensidade e o timbre. 2. O som é a propagação de uma onda mecânica longitudinal apenas em meios materiais. O som possui qualidades diversas que o ouvido humano normal é capaz de distinguir. Associe corretamente as qualidades fisiológicas do som apresentadas na coluna da esquerda com as situações apresentadas na coluna da direita. Qualidades fisiológicas (1) Intensidade (2) Timbre (3) Frequência Situações ( ) Abaixar o volume do rádio ou da televisão. ( ) Distinguir uma voz aguda de mulher de uma voz grave de homem. ( ) Distinguir sons de mesma altura e intensidade produzidos por vozes de pessoas diferentes. ( ) Distinguir a nota Dó emitida por um violino e por uma flauta. ( ) Distinguir as notas musicais emitidas por um violão. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a. 1 – 2 – 3 – 3 – 2 b. 1 – 3 – 2 – 2 – 3 c. 2 – 3 – 2 – 2 – 1 d. 3 – 2 – 1 – 1 – 2 e. 3 – 2 – 2 – 1 – 1 3. Considere as seguintes afirmativas sobre as ondas sonoras: I. O som é uma onda mecânica progressiva longitudinal cuja frequência está compreendida, aproximadamente, entre 20Hz e 20kHz. II. O ouvido humano é capaz de distinguir dois sons de mesma frequência e mesma intensidade desde que as formas das ondas sonoras correspondentes a esses sons sejam diferentes. Os dois sons têm timbres diferentes. III. A altura de um som é caracterizada pela frequência da onda sonora. Um som de pequena frequência é grave (baixo) e um som de grande frequência é agudo (alto). IV. Uma onda sonora com comprimento de onda de 10 mm é classificada como ultrassom. V. A intensidade do som é tanto maior quanto menor for a amplitude da onda sonora. Assinale a alternativa correta: DADO: Quando necessário, adote o valor de 340 m/s para a velocidade do som no ar. a. Somente as afirmativas I, II, III e IV estão corretas. b. Somente as afirmativas II, III e V estão corretas. c. Somente as afirmativas I, III, IV e V estão corretas. d. Somente as afirmativas II, III, IV e V estão corretas. e. Somente as afirmativas I, II, IV e V estão corretas. 4. Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro. Essa diferenciação se deve principalmente ao(a): a. intensidade sonora do som de cada instrumento musical. b. potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais. c. diferente velocidade de propagação do som emitido por cada instrumento musical d. timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes. e. altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais. 5. Analise as afirmações a seguir. I. Dois instrumentos musicais diferentes são acionados e emitem uma mesma nota musical. II. Dois instrumentos iguais estão emitindo uma mesma nota musical, porém, com volumes (intensidades) diferentes. III. Um mesmo instrumento é utilizado para emitir duas notas musicais diferentes. Assinale a principal característica que difere cada um dos dois sons emitidos nas situações I, Il e III respectivamente. a. Amplitude, comprimento de onda e frequência. b. Frequência, comprimento de onda e amplitude. c. Timbre, amplitude e frequência. d. Amplitude, timbre e frequência. 6. O eco é o fenômeno que ocorre quando um som emitido e seu reflexo em um anteparo são percebidos por uma pessoa com um intervalo de tempo que permite ao cérebro distingui-los como sons diferentes. Para que se perceba o eco de um som no ar, no qual a velocidade de propagação é de 340 m/s, é necessário que haja uma distância de 17,0 m entre a fonte e o anteparo. Na água, em que a velocidade de propagação do som é de 1.600m/s, essa distância precisa ser de: a. 34 m b. 60 m c. 80 m d. 160 m e. 320 m 7. Sobre ondas sonoras, considere as seguintes afirmações: I – As ondas sonoras são ondas transversais. II – O eco é um fenômeno relacionado com a reflexão da onda sonora. III – A altura de um som depende da frequência da onda sonora. Está(ão) correta(s) somente: a. I b. II c. III d. I e II e. II e III 8. 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 o ouvido absoluto. O ouvido absoluto é uma característica perceptual de poucos indivíduos capazes de identificar notas isoladas sem outras referências, isto é, 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: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 15 ago. 2012 (adaptado). No contexto apresentado, a propriedade física das ondas que permite essa distinção entre as notas é a: a. Frequência b. Intensidade c. Forma de onda d. Amplitude da onda e. Velocidade de propagação 9. Ondas sonoras são compressões e rarefações do meio material através do qual se propagam. Podemos dizer que: a. o som pode propagar-se através do vácuo b. o som não pode propagar-se através de um sólido c. o som somente se propaga através do ar d. as ondas sonoras transmitem-se mais rapidamente através de líquidos e sólidos do que através do ar e. para as ondas sonoras não se verificam o s fenômenos de interferência nem difração 10. em geral, com relação à propagação de uma onda sonora, afirmamos corretamente que sua velocidade é: a. menor nos líquidos que nos gases e sólidos b. maior nos gases que nos sólidos e líquidos c. maior nos líquidos que nos gases e sólidos d. menor nos sólidos que nos líquidos e gases e. maior nos sólidos que nos líquidos e gases 11. O som é uma onda _________. Para se propagar, necessita ___________ e a altura de um som refere-se à sua ________. a. plana/do ar/intensidade b. mecânica/do meio material/frequência c. mecânica/do vácu0/frequência d. transversal/do ar/velocidade e. transversal/do meio material/intensidade 12. Um pianista bate as teclas do piano a com mais força que as do piano B. Isso nos possibilita afirmar que o som emitido pelo piano A tem maior _________ que o do piano B. A palavra que melhor completa a lacuna do texto acima é: a. intensidade b. timbre c. comprimento de onda d. altura e. período 13. Quais as características das ondas sonoras que determinam, respectivamente, as sensações de altura e intensidade do som? a. frequência e amplitude b. frequência e comprimento de onda c. comprimento de onda e frequência d. amplitude e comprimento de onda e. amplitude e frequência 14. O que permite decidir se uma dada nota musical provém de um violino ou de um trombone é: a. a diferença entre as alturas dos sons b. a diferença entre os timbres dos sons c. a diferença entre as intensidades dos sons d. a diferença entre as fases das vibrações e. o fato de que num caso a onda é longitudinal e no outro transversal 15. Em relação às ondas sonoras, a afirmação correta é: a. Quanto mais grave é o som, maior será sua frequência. b. Quanto maior a amplitude de um som, mais agudo ele será. c. O timbre de um som está relacionado com sua velocidade de propagação. d. Podemos distinguir dois sons de mesma altura e mesma intensidade, emitido por duas pessoas diferentes, porque eles possuem timbres diferentes.e. A intensidade de um som é caracterizada pela sua frequência. 16. Uma fonte sonora emitindo um som de 900 Hz se aproxima com a velocidade de 72 km/h de um observador que se encontra parado. Supondo que a velocidade do som no ar é 320 m/s, determine a frequência sonora ouvida pelo observador. 17. Um automóvel com velocidade constante de 108 km/h passa buzinando por um pedestre parado. A frequência do som emitido pela buzina é de 500 Hz. Sabendo que a velocidade do som no ar é de 340 m/s, determine a frequência do som que o pedestre ouvirá ao ser ultrapassado pelo veículo. 18. Dois trens, A e B, em trajetórias retilíneas, paralelas, movimentam-se em sentidos opostos com velocidades de 72 km/h e 54 km/h, respectivamente. O condutor do trem A, antes de encontrar o trem B, apita com frequência de 600 Hz. A frequência observada pelo condutor do trem B tem valor aproximado de (considere a velocidade do som igual a 340 m/s): a. 664 Hz. b. 710 Hz c. 324 Hz d. 324 Hz e. Nenhuma das anteriores 19. 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. 20. Observando-se o espectro da luz emitida por galáxias distantes, observou-se uma variação de cores. A frequência das cores recebidas está diminuindo, aproximando-se da frequência da luz vermelha, o que indica um afastamento da fonte emissora das radiações. Assim, os cientistas concluíram que as galáxias estão se afastando de nós com grande velocidade. Os cientistas chegaram a essa conclusão, baseando-se: a. no efeito Doppler b. na lei de Coulomb c. no efeito fotoelétrico d. no princípio de Huygens e. na hipótese de Broglie 21. O efeito Doppler é uma modificação na frequência detectada por um observador, causada pelo movimento da fonte e/ou do próprio observador. Quando um observador se aproxima, com velocidade constante, de uma fonte de ondas sonora em repouso, esse observador, devido ao seu movimento, será atingido por um número maior de frentes de ondas do que se permanecesse em repouso. Considere um carro trafegando em uma estrada retilínea com velocidade constante de módulo 72 km/h. O carro se aproxima de uma ambulância em repouso à beira da estrada. A sirene da ambulância está ligada e opera com ondas sonoras de comprimento de onda de λ= 50 cm. A velocidade de propagação do som no local é v = 340m/s. a. Calcule a frequência do som emitido pela sirene da ambulância. b. Calcule a frequência detectada pelo motorista do carro em movimento. c. Calcule o número total de frentes de ondas que atinge o motorista do carro em um intervalo de tempo ∆ t = 3 s. 22. Um trem parte de uma estação com o seu apito ligado, que emite um som com frequência de 940 Hz. Enquanto ele afasta-se, uma pessoa parada percebe esse som com uma frequência de 900 Hz. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, calcule a velocidade do trem ao passar pela estação. 23. O intervalo de frequências do som audível é de 20 Hz a 20 kHz. Considerando que a velocidade do som no ar é aproximadamente 340 m/s, determine o intervalo correspondente de onda sonora no ar, em m. a. 2,5 x 10−3 a 2,5 b. 5,8 x 10−3 a 5,8 c. 8,5 x 10−3 a 8,5 d. 17 x 10−3 a 17 e. 37 x 10−3 a 37 24. Uma onda sonora de comprimento de onda 68 cm se propaga no ar com velocidade de 340 m/s. Se esse som se propagar na água, ele terá a frequência de: a. 600 Hz b. 500 Hz c. 400 Hz d. 300 Hz e. 200 Hz 25. Patrícia ouve o eco de sua voz direta, refletida por um grande espelho plano, no exato tempo de uma piscada de olhos, após a emissão. Adotando a velocidade do som no ar como 340m/s e o tempo médio de uma piscada igual a 0,4s, podemos afirmar que a distância d entre a menina e o espelho vale: a. 68m b. 136m c. 850m d. 1700m e. 8160m 26. Considere que um alto-falante no alto de um poste emite ondas sonoras como uma fonte sonora pontual, com potência média constante. Um estudante, munido de um dispositivo para medição de intensidade sonora, registra 1 mW/m2 = 10–3 W/m2 a uma distância de 6m do alto-falante. Desconsidere a influência de eventuais reflexões das ondas sonoras. Se o estudante se afastar até uma distância de 10 m do alto-falante, que intensidade sonora ele medirá? a. 1 mW/m2 b. 0,6 mW/m2 c. 0,36 mW/m2 d. 0,06 mW/m2 e. 0,01 mW/m2 27. O eco é um fenômeno sonoro que ocorre quando o som reflete num obstáculo e é percebido pelo ouvido humano, depois de um intervalo de tempo superior a 0,10s. Júlia, Marina e Enrico estão brincando em frente a um obstáculo e se encontram distanciados conforme a figura a seguir. Estando eles não alinhados e considerando a velocidade do som, no ar, de 340 m/s, quando Enrico emite um som, o eco pode ser escutado perfeitamente apenas por: a. Júlia. b. Júlia e Marina. c. Marina. d. Enrico. e. Enrico e Júlia. 28. Duas pessoas, que estão em um ponto de ônibus, observam uma ambulância que delas se aproxima com a sirene de advertência ligada. Percebem que, ao passar por elas, o som emitido pela sirene se torna diferente daquele percebido durante a aproximação. Por outro lado, comentando esse fato, elas concordam que o som mudou de uma tonalidade aguda para uma mais grave à medida que a ambulância se distanciava. Tal mudança é explicada pelo efeito Doppler, segundo o qual, para essa situação, a: a. amplitude do som diminuiu. b. frequência do som diminuiu. c. frequência do som aumentou. d. amplitude do som aumentou. 29. 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 = 72 𝑘𝑚/ℎ para um carro que se aproximava do aparelho. Para se obter 𝑉 o radar mede a diferença de frequências ∆𝑓, dada por: ∆𝑓 = 𝑓 − 𝑓 = ± 𝑉 𝑐 𝑓 Sendo f a frequência da onda refletida pelo carro, 𝑓 = 2,4 10 𝐻𝑧 a frequência da onda emitida pelo radar e 𝑐 = 3 10 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 ∆𝑓 medida pelo radar foi igual a: a. 1600 Hz. b. 80 Hz. c. –80 Hz. d. –1600 Hz. 30. Um homem está parado a uma distância de L = 85 m de um paredão vertical bastante alto e largo (ver figura). O homem grita, e o som bate no paredão e retorna aos seus ouvidos na forma de eco. Se não há vento e a velocidade do som é de 340 m/s, em quanto tempo, após gritar, o homem pode escutar o eco de sua voz? a. 0,1 s b. 0,5 s c. 0,8 s d. 1,2 s e. 1,6 s 31. (UFG GO/2009) O nível audível do som é medido na escala decibel, cuja unidade é dB, e dado por 𝛽 = (10𝑑𝐵) log , em que 𝐼 é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a fonte e o ouvinte e 𝐼 menor intensidade audível. Em uma partida de futebol no estádio Serra Dourada, o juiz apita e marca um pênalti quando o zagueiro para a bola com a mão após ouvir um apito emitido por um torcedor. Naquele momento, o juiz estava a 40m do zagueiro e o torcedor a 80m.Calcule a diferença entre os níveis audíveis percebidos pelo zagueiro dos apitos do juiz e do torcedor. Considere que os apitos são idênticos e soprados com a mesma intensidade. 𝐷𝑎𝑑𝑜: log 2 ≅ 0,3 32. Uma ambulância desloca longo de uma estrada retilínea com velocidade constante, soando sua sirene S (figura abaixo). O esquema CORRETO indicado nas alternativas abaixo que representa a propagação das ondas sonoras dessa sirene é: 33. Um trem aproxima-se de uma estação com a velocidade de 20m/s, soando seu apito com uma frequência de 500Hz medida pelo maquinista. Sabendo-se que a velocidade do som no ar vale 340m/s, comprimento de onda do som do apito, medido por um observador situado na estação, é igual a: a. 0,46m b. 0,64m c. 0,60m d. 0,40m 34. O nível sonoro S é medido em decibéis (dB) de acordo com a expressão 𝑆 = (10𝑑𝐵) log 𝐼 𝐼 Onde 𝐼 é a intensidade da onda sonora e 𝐼 = 10 𝑊/𝑚 é a intensidade de referência padrão correspondente ao limiar da audição do ouvido humano. Numa certa construção, o uso de proteção auditiva é indicado para trabalhadores expostos durante um dia de trabalho a um nível igual ou superior a 85 dB. O gráfico abaixo mostra o nível sonoro em função da distância a uma britadeira em funcionamento na obra. a. A que distância mínima da britadeira os trabalhadores podem permanecer sem proteção auditiva? b. A frequência predominante do som emitido pela britadeira é de 100 Hz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é de 340 m/s, qual é o comprimento de onda para essa frequência? c. Qual é a intensidade da onda sonora emitida pela britadeira a uma distância de 50 m? 35. Durante a viagem de carro para Belém, Maria, para descontrair, ligou o toca fitas para ouvir música executada em piano. O som, entretanto, estava um pouco agudo. As qualidades fisiológicas do som observadas por Maria, que lhe permitiram ouvir a música, identificar o instrumento e verificar que o som estava agudo são, respectivamente, a. altura, intensidade e timbre b. intensidade, timbre e altura c. timbre, intensidade e altura d. intensidade, altura e timbre e. timbre, altura e intensidade 36. O radar é um dos equipamentos usados para controlar a velocidade dos veículos nas estradas. Ele é fixado no chão e emite um feixe de micro-ondas que incide sobre o veículo e, em parte, é refletido para o aparelho. O radar mede a diferença entre a frequência do feixe emitido e a do feixe refletido. A partir dessa diferença de frequências, é possível medir a velocidade do automóvel. O que fundamenta o uso do radar para essa finalidade é o(a): a. lei da refração. b. efeito fotoelétrico. c. lei da reflexão. d. efeito Doppler. 37. Em uma feira de ciências, um grupo de alunos apresentou um experimento que constava de uma barra metálica, livre para girar, apoiada em dois suportes. Nela, estavam suspensos três pêndulos simples, cujas massas e comprimentos são indicados na figura abaixo. O pêndulo 1, então, foi posto para oscilar perpendicularmente ao plano da figura. Após um intervalo de tempo, observou-se que um dos outros dois pêndulos passou a oscilar com amplitude bem maior que a do seu vizinho. O pêndulo que passou a oscilar com maior amplitude foi: a. o pêndulo 3, e o fenômeno físico responsável foi a ressonância. b. o pêndulo 2, e o fenômeno físico responsável foi a ressonância. c. o pêndulo 3, e o fenômeno físico responsável foi a interferência. d. o pêndulo 2, e o fenômeno físico responsável foi a interferência. 38. Alguns dos termos encontrados no estudo de ondas estão listados abaixo: I. Polarização de ondas II. Efeito Doppler III. Reflexão de ondas IV. Interferência de ondas Cada um dos quatro termos listados pode ser relacionado com uma das quatro descrições abaixo: ( ) Fenômeno físico que pode ocorrer com ultra-sons e que fundamenta o método de diagnóstico médico chamado ultra-sonografia. ( ) Variação da frequência de uma onda produzida pelo movimento relativo entre a fonte da onda e o observador da onda. ( ) Fenômeno físico que pode ocorrer com qualquer tipo de onda. ( ) Fenômeno físico que só ocorre com ondas transversais. Assinale a alternativa que mostra a ordem correta de associação entre os termos e as descrições. a. II, I, III, IV. b. III, IV, II, I. c. III, II, IV, I. d. I, III, II, IV. e. IV, III, II, I. 39. Um automóvel com velocidade constante de 72km/h se aproxima de um pedestre parado. A frequência do som emitido pela buzina é de 720Hz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é de 340m/s, a frequência do som que o pedestre irá ouvir será de: a. 500 Hz b. 680 Hz c. 720 Hz d. 765 Hz e. 789 Hz 40. 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. 41. Os radares comuns transmitem micro-ondas que refletem a água, gelo e outras partículas na atmosfera. Podem, assim, indicar apenas o tamanho e a distância das partículas, tais como gotas de chuva. O radar Doppler, além disso, é capaz de registrar a velocidade e a direção na qual as partículas se movimentam, fornecendo um quadro do fluxo de ventos em diferentes elevações. Nos Estados Unidos, a Nexrad, uma rede de 158 radares Doppler, montada na década de 1990 pela Diretoria Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA), permite que o Serviço Meteorológico Nacional (NWS) emita alertas sobre situações do tempo potencialmente perigosas com um grau de certeza muito maior. O pulso da onda do radar ao atingir uma gota de chuva, devolve uma pequena parte de sua energia numa onda de retorno, que chega ao disco do radar antes que ele emita a onda seguinte. Os radares da Nexrad transmitem entre 860 a 1300 pulsos por segundo, na frequência de 3000 MHz. FISCHETTI, M., Radar Meteorológico: Sinta o Scientific American Brasil. nº 08, São Paulo, jan 2003. No radar Doppler, a diferença entre as frequências emitidas e recebidas pelo radar é dada por ∆𝑓 = 2𝑈 𝑐 𝑓 Onde 𝑈 é a velocidade relativa entre a fonte e o receptor, 𝑐 = 3 10 𝑚/𝑠 é a velocidade da onda eletromagnética, e 𝑓 é a frequência emitida pela fonte. Qual é a velocidade, em km/h, de uma chuva, para a qual se registra no radar Doppler uma diferença de frequência de 300 Hz? a. 1,5 km/h. b. 5,4 km/h. c. 15 km/h. d. 54 km/h. e. 108 km/h. GABARITO 1. E 2. B 3. A 4. D 5. C 6. C 7. E 8. A 9. D 10. E 11. B 12. A 13. A 14. B 15. D 16. 960Hz 17. 460Hz 18. A 19. C 20. A 21. a 680Hz b 720Hz c 2160 22. 15,1 m/s 23. D 24. B 25. A 26. C 27. E 28. B 29. A 30. B 31. 32. A 33. B 34. a 10m b 3,4m c 0,00001 W/m2 35. B 36. D 37. A 38. C 39. D 40. D 41. A
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