Exercícios Acústica - 2PP

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<p>Lista de Questões</p><p>2003 Lourenço</p><p>Acústica</p><p>1) Uma pessoa vê um ferroviário martelando um trilho, à razão de uma pancada a cada dois segundos, à distância de 3 000 m. A partir do instante em que o operário inicia seu trabalho, a pessoa só ouve o primeiro som quando o operário desfere a sexta pancada. Se encostasse o ouvido no trilho, perceberia que a audição do primeiro som seria simultânea à visão da segunda pancada. Determine:</p><p>a) a velocidade do som no ar,</p><p>b) a velocidade do som no trilho.</p><p>Resolução</p><p>a) A onda sonora produzida pela primeira pancada percorre a distância As = 3000 m no ar, no intervalo de tempo entre a primeira e a sexta pancada. Como entre duas pancadas sucessivas o intervalo de tempo é 2,0 s, entre a primeira e a sexta pancada teremos cinco desses intervalos. Portanto:</p><p>A velocidade de propagação do som no ar vale:</p><p>b) No trilho, o intervalo de tempo gasto pela onda para percorrer As=3000 m corresponde ao intervalo entre a primeira e a segunda pancada, isto é. At = 2.0 s. Então, a velocidade do som no trilho vale:</p><p>2) Diante de uma grande parede vertical, um garoto bate palmas e recebe o eco um segundo depois. Se a velocidade do som no ar é 340 m/s, o garoto pode concluir que a parede está situada a uma distância aproximada de</p><p>A) 17 m</p><p>B) 34 m</p><p>C) 68 m</p><p>D) 170 m</p><p>E) 340</p><p>3) O ouvido humano é capaz de ouvir sons entre 20 Hz e 20000 Hz, aproximadamente. A velocidade do som no ar é, aproximadamente, 340 m/s. O som mais grave que o ouvido humano é capaz de ouvir tem comprimento de ondas</p><p>A) 1,7 cm</p><p>B) 59,8 mm</p><p>C) 17 m</p><p>D) 6800 Km</p><p>E) 6800 km</p><p>4) Dois sons no ar, com a mesma altura, diferem em intensidade. O mais intenso tem, em relação ao outro,</p><p>A) apenas maior frequência.</p><p>B) apenas maior amplitude.</p><p>C) apenas maior velocidade de propagação.</p><p>D) maior amplitude e maior velocidade de propagação.</p><p>E) maior amplitude, maior frequência e maior velocidade</p><p>5) Quais as características das ondas sonoras que determinam a altura e a intensidade do som, respectivamente?</p><p>A) Comprimento de onda e frequência.</p><p>B) Amplitude e comprimento de onda.</p><p>C) Amplitude e frequência.</p><p>D) Frequência e comprimento de onda.</p><p>E) Frequência e amplitude</p><p>6) Assinale o item que contém as afirmativas verdadeiras.</p><p>I. A energia média em uma onda estacionária em uma corda presa nas extremidades é proporcional ao quadrado da Amplitude</p><p>II. A equação de Taylor não pode ser utilizada em ondas longitudinais;</p><p>III. Os tsunamis produzidos em alto mar possuem pequenas amplitudes e alta velocidade. Entretanto, ao chegar próximo à praia, a velocidade diminui com a profundidade e a amplitude aumenta, tornando-se ondas gigantes, para conservar a energia;</p><p>IV. A intensidade de uma onda eletromagnética depende do quadrado da amplitude</p><p>A) I e II.</p><p>B) I, II e III.</p><p>C) I e III.</p><p>D) I e IV.</p><p>E) Somente o item III está correto</p><p>Gabarito</p><p>2) D</p><p>3) C</p><p>4) B</p><p>5) E</p><p>6) C</p><p>Tubos sonoros</p><p>1) O grupo brasileiro Uakti constrói seus próprios instrumentos musicais. Um deles consiste em vários canos de PVC de comprimentos variados. Uma das pontas dos canos é mantida fechada por</p><p>uma membrana que emite sons característicos ao ser percutida pelos artistas, enquanto a outra é mantida aberta. Sabendo-se que o módulo da velocidade do som no ar vale 340 m/s, é correto afirmar que as duas frequências mais baixas emitidas por um desses tubos, de comprimento igual a 50 cm, são:</p><p>a) 170 Hz e 340 Hz</p><p>b) 170 Hz e 510 Hz</p><p>c) 200 Hz e 510 Hz</p><p>d) 340 Hz e 510 Hz</p><p>e) 200 Hz e 340 Hz</p><p>Resolução</p><p>A relação entre o comprimento do tubo fechado e o comprimento da onda estacionária é determinada pela equação a seguir:</p><p>Dessa forma, os comprimentos de onda mais baixos são aqueles relacionados ao primeiro harmônico e o segundo harmônico (n = 1 e 3), portanto:</p><p>Para calcular as frequências relacionadas a esses dois comprimentos de onda, usamos a equação:</p><p>Vale dizer que v é a velocidade do som no tubo, λ é o comprimento de onda, e f é a a frequência. Dessa forma, temos para a frequência mais baixa (f1):</p><p>Da mesma forma, fazemos o cálculo para a frequência do segundo harmônico:</p><p>Portanto, os módulos das menores frequências possíveis nesses tubos sonoros são de 170 Hz e 510 Hz, respectivamente.</p><p>Letra B</p><p>2) 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?</p><p>a) 2,5 m</p><p>b) 2,5 cm</p><p>c) 0,25 cm</p><p>d) 0,10 m</p><p>e) 0,10 cm</p><p>Resolução</p><p>De acordo com os dados fornecidos pelo exercício, queremos calcular o comprimento (L) de um tubo sonoro fechado que forme um harmônico fundamental (n = 1) cuja frequência equivale a 3400 Hz. A velocidade do som nesse tubo é de 340 m/s, portanto:</p><p>O canal auditivo pode ser comparado a um tubo sonoro fechado com o comprimento de 2,5 cm.</p><p>Letra B</p><p>Efeito Doppler</p><p>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,</p><p>Considere: a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e não há vento.</p><p>a) 760 Hz</p><p>b) 720 Hz</p><p>c) 640 Hz</p><p>d) 600 Hz</p><p>e) 680 Hz</p><p>Resolução</p><p>Partindo da equação geral do efeito Doppler, podemos eliminar a velocidade do observador, pois ele se encontra parado na estrada. Como ocorre aproximação da fonte com o observador, o sinal para a velocidade relativa do som e da fonte será negativo, uma vez que os dois vetores estão direcionados para o observador. Dessa forma, teremos:</p><p>Letra E</p><p>2) Ao cruzar um sinal vermelho, um motorista foi imediatamente parado por um policial. Ao justificar sua atitude errada, o motorista disse que por causa do efeito Doppler percebeu o sinal verde e não vermelho. Sabendo que as frequências das radiações monocromáticas vermelha e verde são, respectivamente, 4,5. 10 17 Hz e 6,0. 10 17 Hz, determine a velocidade que o motorista deveria estar para que sua justificativa pudesse ser verdadeira.</p><p>Adote a velocidade da luz como 3 . 108 m/s</p><p>a) 25. 10 7 km/h</p><p>b) 30. 10 7 km/h</p><p>c) 35. 10 7 km/h</p><p>d) 38. 10 7 km/h</p><p>e) 40. 10 7 km/h</p><p>Resolução</p><p>A frequência da luz verde será a frequência observada pelo motorista, e a frequência da luz vermelha será a frequência real emitida pela fonte. Sabendo que a fonte está em repouso, sua velocidade será nula. O sinal entre a velocidade da luz e a velocidade do observador deverá ser positivo, uma vez que este se aproxima da fonte luminosa. Sendo assim, teremos:</p><p>Para que a justificativa do motorista fosse real, ele deveria estar a aproximadamente 356 milhões de quilômetros por hora.4</p><p>Letra C</p><p>3) Considere a velocidade máxima permitida nas estradas como sendo exatamente 80 km/h.</p><p>A sirene de um posto rodoviário soa com uma frequência de 700 Hz, enquanto um veículo de passeio e um policial rodoviário se aproximam emparelhados.</p><p>O policial dispõe de um medidor de frequências sonoras. Dada a velocidade do som, de 350 m/s, ele deverá multar o motorista do carro quando seu aparelho medir uma frequência sonora de, no mínimo:</p><p>A) 656 Hz</p><p>B) 745 Hz</p><p>C) 655 Hz</p><p>D) 740 Hz</p><p>E) 860 Hz</p><p>___________________________</p><p>4) Um violinista deixa cair um diapasão de frequência 440 Hz. A frequência que o violinista ouve na iminência do diapasão tocar no chão é 436 Hz. Determine a altura da queda, desprezando a resistência do ar.</p><p>___________________________</p><p>5) Uma ambulância dotada de uma sirene percorre, numa estrada plana, a trajetória ABCDE, com velocidade de módulo constante de 50 km/h. Os trechos AB e DE são retilíneos e BCD um arco de circunferência de raio 20 m, com centro no ponto O, onde se posiciona um observador que pode ouvir o som emitido pela sirene:</p><p>Ao passar pelo ponto A, o motorista aciona a sirene cujo som é emitido na frequência de 350Hz. Analise as proposições a seguir:</p><p>I. Quando a ambulância percorre</p><p>o trecho AB, o observador ouve um som mais grave que o som de 350Hz;</p><p>II. Enquanto a ambulância percorre o trecho BCD, o observador ouve um som de frequência igual a 350Hz;</p><p>III. À medida que a ambulância percorre o trecho DE, o som percebido pelo observador é mais agudo que o emitido pela ambulância, de 350Hz;</p><p>IV. Durante todo o percurso, a frequência ouvida pelo observador será de frequência igual a 350Hz</p><p>___________________________</p><p>6) Uma onda sonora considerada plana, proveniente de uma sirene em repouso, propaga-se no ar parado, na direção horizontal, com velocidade V igual a 330 m/s e comprimento de onda igual a 16,5 cm.</p><p>Na região em que a onda está se propagando, um atleta corre, em uma pista horizontal, com velocidade U igual a 6,60 m/s, formando um ângulo de 60° com a direção de propagação da onda. O som que o atleta ouve tem frequência aproximada de</p><p>A) 1960 Hz</p><p>B) 1980 Hz</p><p>C) 2000 Hz</p><p>D) 2020 Hz</p><p>E) 2040 Hz</p><p>___________________________</p><p>7) Com que velocidade escalar deve um observador deslocar-se entre duas fontes sonoras estacionárias, que emitem sons de mesma frequência, para que perceba frequências na razão de 9 : 8?</p><p>___________________________</p><p>8)  Quando em repouso, uma corneta emite um som de frequência 512 Hz.</p><p>Em uma experiência acústica, um estudante deixa cair a corneta do alto de um edifício.</p><p>Qual a distância percorrida pela corneta, durante a queda, até o instante em que o estudante detecta o som na frequência de 485 Hz?</p><p>(Despreze a resistência do ar). Use g = 9,8m/s^2 e Vel.som = 340 m/s</p><p>A) 13,2 m</p><p>B) 15,2 m</p><p>C) 16,1 m</p><p>D) 18,3 m</p><p>E) 19,3 m</p><p>___________________________</p><p>9) Um avião emite um som de frequência f = 600 Hz e percorre uma trajetória retilínea com velocidade de 300 m/s. O ar apresenta-se imóvel. S</p><p>A velocidade de propagação do som é 330 m/s.</p><p>Determine a frequência do som recebido por um observador estacionário junto à trajetória do avião:</p><p>a) enquanto o avião aproxima-se do observador;</p><p>b) quando o avião se afasta do observador.</p><p>___________________________</p><p>10) A comprovação experimental do efeito Doppler ocorreu em 1845, com o cientista Buys Ballot (18170-1890).</p><p>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.</p><p>a) Na aproximação, Ballot verificou sons mais graves.</p><p>b) No afastamento, Ballot verificou sons mais altos.</p><p>c) A alteração nas frequências produzida pelo efeito Doppler também foi observada pelos trompetistas.</p><p>d) Na aproximação, o som percebido é mais alto.</p><p>e) No afastamento, a frequência será maior que a frequência real emitida pelos trompetistas.</p><p>___________________________</p><p>11) Das afirmações abaixo, a mais correta é:</p><p>A) A altura é a qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco.</p><p>B) A velocidade do som independe da natureza do gás em que se propaga.</p><p>C) A velocidade do som na atmosfera em relação a um observador fixo na terra independe da velocidade do ar em relação à terra.</p><p>D) Quando uma fonte sonora se afasta do observador, ele ouve uma frequência mais baixa do que a emitida.</p><p>E) A velocidade do som independe da temperatura do meio em que se propaga</p><p>___________________________</p><p>Gabarito =</p><p>3) B</p><p>4) H = 0,45 m</p><p>5) Apenas a II</p><p>OBS: No trecho BCD, a ambulancia nao se aproxima, nem se afasta do observador, pois em um circulo a distancia ate o centro é constante. Assim, a frequencia é igual a emitida.</p><p>Lembre-se de que o efeito doppler é observado SOMENTE quando ha um movimento relativo de aproximação ou de afastamento entre a fonte emissora de onda e o observador.</p><p>6) B</p><p>7) 20 m/s</p><p>8) D</p><p>9)</p><p>a) 6600 Hz</p><p>b) 314 Hz</p><p>10) D</p><p>11) D</p><p>image2.jpg</p><p>image4.jpg</p><p>image8.jpg</p><p>image9.jpg</p><p>image5.jpg</p><p>image3.jpg</p><p>image1.jpg</p><p>image6.jpg</p><p>image7.jpg</p>