Intensidade Sonora aula 4 igor FSG exercicios com respostas

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Disciplina: Física Aplicada III 
Prof: Igor Luiz Penso 
 
 
Intensidade Sonora 
 
A intensidade de uma onda é 
definida como a potência média 
transmitida por unidade de área. Quando 
no nosso cotidiano dizemos que o som está 
alto, estamos na realidadedizendo que é 
alta a intensidade som emitido pelo 
aparelho. Os músicos dizem queum som é 
alto quando a sua frequência é alta. 
A intensidade também está 
relacionada com a amplitude de 
deslocamento da onda sonora, sm. 
 
�	 � 12���
	
�	 	
 
 
Interferência 
 
Vamos supor que ondas sonoras, de comprimento de onda �, são emitidas por duas fontes 
pontuais em fase; isto é, as ondas emitidas alcançam seus valores máximos no mesmo instante. Se 
passam, então, por um mesmo ponto, enquanto se propagam (aproximadamente) no mesmo sentido, 
ainda estarão em fase, se estiverem percorrido distâncias idênticas para alcançar esse ponto. Mas, se 
estiverem percorrido com uma diferença de comprimento ∆�, poderão não estar mais em fase. 
Achamos sua diferença de fase ∅, lembrando que uma diferença de fase 2π corresponde a um 
comprimento de onda. Logo, podemos escrever 
 
∅
2� �
∆�
� 			��			∅ �
∆�
� 	2�		 
 
Como no caso das ondas transversais, ondas sonoras podem sofrer interferência construtiva ou 
destrutiva. A interferência é construtiva, quando ∅ é zero ou um múltiplo inteiro de 2π, isto é, quando 
 
∅	 � 	2��, �	 � 	 ,0	,1, 2,…	
 
A interferência será destrutiva quando ∅ for um múltiplo ímpar de π, ou seja, 
 
 
∅	 � 	 �� � 12� 2�, �	 � 	 ,0	,1, 2, …	
 
Vemos que essas condições correspondem a 
 
∆� � �	� → ����
���� �!" 
 
e 
 
∆� � �� � 12� 	� → ��#
���� �!" 
 
Batimentos 
 
Quando ondas sonoras de frequências próximas se combinam, a amplitude do som passa a 
variar com o tempo, um fenômeno conhecido como batimento. A frequência dessa variação é igual à 
diferença das frequências das ondas sonoras que se combinaram. 
 
$ � 
���
�$�								
	 � 
���
�	� 
 
 � 
$ �	
	 � 
����
�$� � 	��
�	�" 
 
� 2
� %12 ��$ −�	"�' ��
 %
1
2 ��$ ��	"�' 
 
�( � 12 ��$ − �	"												�	 �
1
2 ��$ � �	" 
 
��" � )2
���
�′�+��
��			 
 
		� ≫ �′ 
 
�-./ 	 � 2�( � �2" �12� ��$ − �	" � �$ −�	 
 
0-./ � 0$ − 0	 
 
 
 
(a,b) As variações de pressão ∆1 de duas ondassonoras que são detectadas em separado. As frequências das ondas são 
aproximadamente iguais. (c) A variação de pressão resultante, se as duas ondas forem detectadas ao mesmo tempo. 
 
 
O Efeito Doppler 
 
É caracterizado por um aumento ou diminuição da frequência das ondas, devido ao movimento 
relativo entre a fonte e o observador. 
 
0( � 0 �� ± �3� ± �4� 
 
� Na aproximação entre a fonte e o detector, os sinais da velocidade da fonte e do 
detector devem ser tais que produzem um aumento da frequência f’ detectada. 
� No afastamento entre a fonte e o detector, os sinais da velocidade da fonte e do detector 
devem ser tais que produzem uma diminuição da frequência f’. 
 
 
 
 
Situações 
 
 
1) Fonte parada, detector em movimento. 
 
A frequência detectada pode ser calculada a partir da razão entre o número de 
comprimentos de onda que chegaram ao detector e o intervalo de tempo solicitado para essa 
detecção. 
O número de comprimentos de onda é: 
 
 
� � ��� � �3�� � 0 
 
Por definição: 
 
 
0( � �� 										→ 									0
( � ��� � �3�"�� �
�� � �3"� 05
 
 
0( � � �� � �6�0 
 
 
 
 
 
2) Fonte e detector em movimento 
 
Situação Geral: 
	
0( � 0 �� ± �3� ± �4� 
 
 
 
 
 
 
� A Fonte se aproxima do referencial, portanto contribui com o aumento da frequência 
(sinal -). 
� O detector se afasta do referencial, portanto contribui com a diminuição da frequência. 
(sinal -). 
 
0( � 0 �� − �3� − �4� 
 
 
 
Exercícios: 
1) Duas ondas sonoras, originárias de duas fontes diferentes e com a mesma frequência, 540 Hz, 
viajam à velocidade de 330 m/s. As fontes estão em fase. Qual a diferença entre as fases das ondas em 
um ponto que dista 4,40 m de uma fonte e 4,0 m da outra? Resposta: 4,11 rad 
 
2) Um certo altofalante produz um som com frequência de 2000 Hz e uma intensidade de 0,960 
mW/m2 à distância de 6,10 m. Supondo que não há reflexões e que o alto-falante emite igualmente em 
todas as direções. (a) Qual é a intensidade a 30,0 m? (b) Qual a amplitude de deslocamento a 6,10 m? 
Respostas (a) 39,7 µW/m2; (b)1,71.10-7 m 
 
3) Uma menina está sentada próxima à janela de um trem que está se movendo comuma velocidade de 
10m/spara o Leste. O tio da menina está de pé próximo aostrilhos e vê o trem se afastar. O apito da 
locomotiva emite um som com a frequênciade 500Hz. O ar está parado. (a) Que frequência o tio ouve? 
(b) Que frequência à menina ouve? Resposta: (a) 485,8 Hz; (b) 500 Hz 
 
4) Uma ambulância com uma sirene emitindo um som de frequência 1600 Hz alcança e ultrapassa um 
ciclista pedalando uma bicicleta a 2,44 m/s. Após ser ultrapassado, o ciclista escuta uma frequência de 
1590 Hz. Qual é a velocidade da ambulância? Resposta: 4,61 m/s 
 
5) A corda de um violino está frouxa. Quatro batimentos por segundo são ouvidos quando a corda é 
tocada junto a um diapasão cuja frequência corresponde à nota A (440 Hz). Qual o período da 
oscilação da corda do violino? Resposta: 2,29 ms 
 
6) Um submarino francês e um americano encontram-se em rota de colisão durante manobras navais 
no Atlântico norte. O submarino francês move-se a 50,0 km/h e o americano a 70,0 km/h e as águas 
estão paradas no local do exercício militar. O submarino francês emite um sinal de sonar (onda sonora 
em água) com uma frequência de 1000 Hz. As ondas do sonar viajam a 5470 km/h.(a) Qual a 
frequência do sinal detectado dentro do submarino americano? (b) E qual a frequência detectada a 
bordo do submarino francês da onda refletida pelo submarino americano? Resposta: (a)1022 Hz; 
(b) 1045 Hz 
 
 
7) Uma fonte esférica emite som uniformemente em todas as direções. Para uma distância de 10 m, o 
nível de intensidade do som é 80 dB. (a) A que distância da fonte será o nível de intensidade 60 dB? 
(b) Que potência é emitida pela fonte? Resposta: (a) 100 m (b) 0,126 W 
 
8) Você está parado a uma distância D de uma fonte que emite ondas sonoras, de forma igual, em todas 
as direções. Caminha 50,0 m em direção à fonte e observa que a intensidade das ondas foi dobrada. 
Calcule a distância D. Resposta: 171 m 
 
9) O nível sonoro de uma fonte é aumentado em 30,0 dB. Por que fator é multiplicado a intensidade do 
som? E a amplitude da pressão no ar? Resposta: 103; 32 
 
10) Imagine que um trem-bala passa apitando pela plataforma de uma estação. Uma pessoa, nessa 
plataforma, ouve o apito do trem aproximando-se com frequência de 450 Hz. Após a passagem do 
trem, a frequência do apito parece cair para 300 Hz. Qual a velocidade do trem-bala (em m/s)? 
Considere a velocidade do som igual a 340 m/s. Resposta: 68 m/s