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F 105 - Física da Fala e da Audição
Prof. Marcelo Knobel
Guia de Estudos
1) (a) Discuta as semelhanças e diferenças entre ondas sonoras e ondas luminosas. (b) Qual é, fisicamente, a fonte de todas as ondas, sejam elas sonoras ou luminosas? (c) Dê exemplos para fontes sonoras e para fontes luminosas.
2) A figura (a) abaixo representa a fotografia de um fio elástico, em dado instante de tempo, no qual se propaga uma onda. Já a figura (b), representa o movimento de um ponto desse fio em função do tempo. 
(a) Determinar a amplitude e o comprimento de onda. 
(b) Determinar a freqüência e período.
(c) Determinar a velocidade de propagação da onda.
 
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3) Uma onda sonora no ar tem uma frequência de 262 Hz e viaja com uma velocidade de 330 m/s. A que distância entre si estão as cristas das ondas (região de máxima compressão)?
4) Os limites de freqüência da audíveis do ser humano variam aproximadamente entre 20Hz e 20kHz. (a) Quais são os períodos das oscilações associados a esses limites? (b) Qual é a freqüência de um tom (som) que tem um período de 10ms? (c) Considerando a velocidade do som no ar de 34500cm/s, calcule o comprimento de onda em metros (m). (d) Calcule também o comprimento de onda de uma onda ultrasônica de 10 MHz.
5) (a) Sinais de rádio AM têm frequências entre 550 e 1600 kHz, e viajam com uma velocidade de 300.000 km/s. Qual é o comprimento de onda desses sinais? (b) No caso de FM, as frequências variam de 88,0 MHz a 108 MHz. Qual é o comprimento de onda nesse caso?
6) Considere que o período das cordas vocais durante a produção de uma vogal é aproximadamente 10 ms no caso de um homem adulto, e aproximadamente 4 ms no caso de uma mulher adulta. Calcule o comprimento de onda das ondas sonoras correspondentes, considerando a velocidade do som no ar v=330 m/s.
7) Os dois pulsos mostrados na figura ao lado estão se movendo um em direção ao outro. (a) Esquematize a forma da corda no momento em que eles se sobrepõem. (b) Esquematize a forma da corda alguns momentos depois da sobreposição. (c) O que acontece com a energia no momento da sobreposição?
8) Explique por quê a interferência sonora destrutiva é uma propriedade útil para a tecnologia anti-ruído.
9) Um afinador de piano escuta um batimento a cada 2,0 s quando tenta afinar duas cordas, uma das quais está soando a 440 Hz. Quais são as possíveis frequências da outra corda?
10) Um certo apito de cães opera a 23,5 kHz, enquanto outro apito (marca X) opera em uma frequência desconhecida. Nenhum dos dois apitos pode ser ouvido pelos seres humanos quando tocados sozinhos, mas um som de frequência 5000 Hz é ouvido quando ambos apitos são soados simultaneamente. Estime a frequência de operação da marca X.
11) Dois diapasões de afinação são excitados simultaneamente e ouve-se um som com freqüência de batimento de 4 Hz. A freqüência de um dos diapasões é 500 Hz. (a) Quais os valores possíveis da freqüência do outro diapasão? (b) Gruda-se um pequeno pedaço de cera no diapasão de 500 Hz, a fim de baixar levemente a sua freqüência. Explicar como se pode usar a medida da nova freqüência de batimento para determinar qual das respostas da parte (a) é a freqüência correta do segundo diapasão.
12) Desenhe um gráfico representando o deslocamento horizontal dos elementos de volume de ar no interior de um tubo aberto em ambas as extremidades com comprimento L em função da posição desses elementos no interior do tubo, para o 1° harmônico (freqüência fundamental). Repita para a 2° e 3° harmônicos. Como ficariam esses gráficos no caso da representação da variação de pressão no interior do tubo. Considere um tubo aberto numa extremidade e fechado na outra. Analise novamente o comportamento do deslocamento horizontal dos elementos de volume de ar e da variação da pressão no interior do tubo.
13) Em uma corda de comprimento L as ondas transversais se propagam com velocidade v. Exprimir as freqüências das vibrações: fundamental, 2º, 3º, 4º e 5º harmônicos.
14) O intervalo normal de audição vai de 20 Hz até 20.000 Hz. Qual o maior comprimento de um tubo de órgão que teria a sua nota fundamental neste intervalo se (a) o tubo fosse fechado numa extremidade e (b) o tubo fosse aberto nas duas extremidades?
15) Um tubo aberto de 50 cm de comprimento emite um som cuja freqüência é de 1360 Hz. A velocidade do som no ar é 340 m/s. Calcule a que harmônico corresponde o som emitido.
16) A figura ao lado representa uma onda estacionária que se forma em um tubo sonoro fechado. A velocidade do som no ar é 340 m/s. Calcule a freqüência do som emitido pelo tubo.
17) Um diapasão emite som de certa freqüência f. Este diapasão é colocado sobre um tubo de vidro que contém água, conforme a figura ao lado. O nível da água pode ser variado no tubo, e observa-se que, para x1=11cm ocorre o primeiro pico na intensidade do som. A partir dessa medida, determine a freqüência f do diapasão e os valores de x (x2 e x3) para os modos ressonantes seguintes (picos na intensidade do som).
18) Em um instrumento musical, uma corda de aço de 50 cm de comprimento vibra com freqüência igual a 65 Hz, reproduzindo a nota dó1. Mantida a força tensora, modifica-se o comprimento da corda de modo que a nota emitida seja sol1, cuja freqüência é 98 Hz. Qual é o novo comprimento da corda?
19) Em uma corda de extensão 6,0 m propagam-se ondas progressivas idênticas, em sentidos opostos e de comprimento de onda 2,0 m. Determinar o número de ventres que se estabelecem na corda.
20) Uma corda de 75 cm de comprimento e densidade linear 1,44×10-4 g/cm está fixa nas extremidades. Ela emite o som fundamental quando submetida a uma força de tração de 10 N. (a) Determine a freqüência do som fundamental; 
21) Uma corda vibrante de comprimento 1 m emite o som fundamental ao ser submetida a uma força de tração de 10 N. Para que a mesma corda emita como som fundamental o terceiro harmônico anterior, determine a nova força de tração.
22) Uma corda de violão de 30 cm de comprimento emite um som de freqüência 435 Hz. Fixando-se um ponto da corda com o dedo, de modo a que vire apenas um comprimento de 27 cm, calcule a nova freqüência do som emitido.
23) Uma corda de violão deveria vibrar a 200 Hz, mas ela está desafinada, vibrando a 205 Hz. Deve-se aumentar ou diminuir a tensão na corda para que a frequência seja precisamente aquela esperada? Qual é a porcentagem de mudança na tensão na corda para que a frequência seja 200 Hz?
24) (a) Qual é a rapidez de propagação do som em ar seco a 0(C. (b) Sabendo que o módulo volumétrico B permanece praticamente constante com a temperatura, como você espera que a velocidade das ondas sonoras se comporte com o aumento da temperatura? Justifique sua resposta.
25) Se uma orquestra não se aquecer antes de uma apresentação, os instrumentos de cordas ficam abaixo do tom (freqüência menor) e os instrumentos de sopro ficam sustenidos (freqüência maior) durante o espetáculo. Explique por quê?
26) (a) Que comprimento deve ter um tubo de orgão (aberto num extremo e fechado no outro) para produzir, como tom fundamental, a nota dó, f=262Hz, a 15(C. Qual é a variação de freqüência (f quando a temperatura sobe para 25(C? Lembre-se que para cada grau de elevação da temperatura do ar acima de 0(C, ocorre um aumento de 0,6 metros por segundo na rapidez do som no ar.
27) Um marinheiro lança um sinal sonoro no oceano, e ouve o eco da onda refletida do solo do oceano abaixo dele após 3 s. Qual é a profunidade do oceano nesse ponto? (módulo volumétrico da água B=2,0 × 109 N/m2).
28) Justifique porque os morcegos podem detectar corpos muito pequenos, tais como um inseto cujo comprimento seja de aproximadamente 0,5cm. Considere que os morcegos emitem um chilro a uma freqüência de 60kHz .
29) A frequência predominante de uma sirene de polícia é 1800 Hz em repouso. Qual é a frequência que você ouviria se você se movesse com uma velocidade de 30 m/s. (a) em direçãoao carro. (b) Se afastando do carro.
30) Numa estrada de montanha, ao aproximar-se de um paredão vertical que a estrada irá contornar, um motorista vem buzinando. O eco vindo do paredão interfere com o som da buzina, produzindo cinco (5) batimentos por segundo. Sabendo-se que a freqüência da buzina é de 200 Hz e a velocidade do som no ar é de 340 m/s, qual é a velocidade do carro (em km/h)?
31) Um diapasão de freqüência 400 Hz é afastado de um observador, em direção a uma parede plana, com velocidade de 1,7 m/s. São nominadas: f1, a freqüência aparente das ondas não-refletidas, vindas diretamente até o observador; f2, freqüência aparente das ondas sonoras que alcançam o observador depois de refletidas pela parede e fb, a freqüência dos batimentos. Sabendo que a velocidade do som é de 340 m/s, calcule f1, f2 e fb.
 
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