Exercícios de Ondas Sonoras em Física

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Disciplina: Física: Termodinâmica, Ondas e Óptica 
Professora: Olivia Ortiz John Semestre: 2016/02 
Exercícios Complementares Unidade 6: Ondas sonoras 
 
1. Uma ambulância com a sirene ligada emite um som de frequência 520 Hz. Admitindo-se que a velocidade do 
som no ar é de 340 m/s e que a ambulância possui velocidade constante de 80 m/s, determine a frequência 
percebida por um observador parado na calçada quando a ambulância: 
a) se aproxima do observador; (Resposta: 680 Hz) 
b) se afasta do observador. (Resposta: 421 Hz) 
 
Solução: 
a) Considerando a ilustração abaixo, onde a ambulância se aproxima do observador em repouso. 
Orientando a trajetória positiva do observador para a fonte, temos: 
 
 
 
Nesse caso, a velocidade da ambulância é negativa, pois ela está se movendo no sentido negativo da 
trajetória. De acordo com a relação do Efeito Doppler: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Substituindo os valores, encontramos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resposta: A frequência percebida pelo observador é de 680 Hz quando a ambulância se aproxima. 
 
b) Para a ambulância se afastando do observador, temos a seguinte situação: 
 
 
 
 
Nesse caso, a velocidade da ambulância é positiva, pois ela está se movendo no sentido negativo da 
trajetória. 
 
 
 
 
vF 
+ 
 
𝐟𝐨 𝐟𝐫𝐞𝐪𝐮ê𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐝𝐨 𝐨𝐛𝐬𝐞𝐫𝐯𝐚𝐝𝐨𝐫 
𝒇𝑭 𝒇𝒓𝒆𝒒𝒖ê𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝒇𝒐𝒏𝒕𝒆 𝟓𝟐𝟎 𝑯𝒛 
𝒗 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒎 𝒏𝒐 𝒂𝒓 𝟑𝟒𝟎 𝒎 𝒔 
𝒗𝒐 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒐𝒃𝒔𝒆𝒓𝒗𝒂𝒅𝒐𝒓 𝟎 
𝒗𝑭 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒂 𝒇𝒐𝒏𝒕𝒆 𝟖𝟎 𝒎 𝒔 
 
vF 
+ 
De acordo com a relação do Efeito Doppler: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Substituindo os valores, encontramos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resposta: A frequência percebida pelo observador é de 421 Hz quando a ambulância se afasta. 
 
2. 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. Considere a velocidade do som igual a 340 m/s. Qual a velocidade do trem-bala? 
(Resposta: 68 m/s) 
 
Solução: 
Vamos considerar as mesmas ilustrações utilizadas na resolução da questão número 1 e também as 
convenções de sinais e orientações das trajetórias. 
Para a aproximação do trem, temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Isolando fF, obtemos: 
 
 ( )
 
 
Para o afastamento do trem, temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Isolando fF, obtemos: 
 
 ( )
 
 
Como a frequência da fonte é a mesma para as duas situações, podemos igualar as duas equações: 
 ( )
 
 
 ( )
 
 
Cancelando os denominadores e resolvendo as operações, encontramos: 
 
 
 ( ) ( ) 
 ( ) ( ) 
 
 
 
Resposta: A velocidade do trem-bala é de 68 m/s. 
 
3. Um automóvel, deslocando-se a velocidade de 108 km/h, toca sua buzina, cuja frequência é igual a 1200 Hz. 
Um homem parado ao lado da estrada percebe uma variação brusca no som, no instante em que o automóvel 
passa pelo ponto onde ele se encontra. Supondo que a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s, qual é a 
variação de frequência percebida pelo observador quando o automóvel passa por ele? (Resposta: 213,43 Hz) 
 
Solução: 
Vamos considerar as mesmas ilustrações utilizadas na resolução da questão número 1 e também as 
convenções de sinais e orientações das trajetórias. 
A velocidade da fonte é vF = 108 km/h = 30 m/s 
Para a aproximação do automóvel, temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Após a passagem do automóvel (afastamento), temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assim, a variação de frequência percebida pelo observador durante a passagem do automóvel é: 
 
 
 
4. O alto falante do som de um concerto de rock gera ondas com intensidade sonora de 10⁻² W/m² a 20 m de 
distância, na frequência de 1 kHz. Considere que a energia seja irradiada uniformemente em todas as direções. 
 
Resolva os itens a seguir: 
 
a) Qual o nível de intensidade sonora a 20 m de distância? (Resposta: 100 dB) 
b) Qual a potência acústica total emitida pelo alto-falante? (Resposta: 50,24 W) 
c) A que distância o nível de intensidade sonora atinge o limiar de audição dolorosa (120 dB)? (Resposta: 2 m) 
d) Qual o nível de intensidade a 30 m do alto-falante? (Resposta: 96,47 dB) 
 
 
 
 
Solução: 
a) O nível de intensidade sonora é dada por: 
 (
 
 
) 
Onde a intensidade sonora I = 10-2 W/m2 a 20 m de distância e Io = 10
-12 W/m2 (limiar da audição humana). 
Assim: 
 (
 
 
) 
 
 
b) A intensidade de uma onda sonora é definida por: 
 
 
 
 
Onde P = potência e A = área da propagação da onda, no caso da onda esférica, temos A = 4r2. Assim: 
 
 
A potência é então: 
 
 
 
c) Primeiro calculamos a intensidade sonora no limiar da audição dolorosa que corresponde a 120 dB: 
 (
 
 
) 
 (
 
 
) 
 (
 
 
) 
Aplicando a propriedade logarítmica, temos: 
 ( ) ( ) 
 ( ) ( ) ( ) 
 ( ) ( ) 
 ( ) 
 
 
Agora calculamos a área e em seguida a distância (r) no limiar da audição dolorosa: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 √
 
 
 
 
 
d) Primeiro calculamos a intensidade sonora a 30 m do alto-falante: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agora calculamos o nível da intensidade sonora a 30 m do alto-falante: 
 (
 
 
) 
 
 
5. De acordo com uma tabela de níveis de intensidade sonora, o nível de intensidade medido para pessoas em 
conversação normal e a 1 m de distância é de 60 dB. Sabendo que a intensidade mínima percebida pelo ouvido 
humano é de 10 -12 W/m2, determine a intensidade sonora da voz de uma pessoa em conversação normal em 
W/m2 e também a potência da voz. (Resposta: I = 10-6 W/m2, P = 1,256×10-5 W ) 
 
Solução: 
Encontramos a intensidade sonora a partir da equação do nível de intensidade sonora dada por: 
 (
 
 
) 
 (
 
 
) 
 (
 
 
) 
 
Aplicando as propriedades logarítmicas: 
 ( ) ( ) 
 ( ) ( ) ( ) 
 ( ) ( ) 
 ( ) 
 
 
A potência da voz a uma distância r = 1 m é dada por: 
 
 
 
 
6. Um técnico mede a intensidade do som gerado por um alto-falante em uma distância de 10 m e o valor 
obtido foi de 0,030 W/m2. Determine a potência da fonte sonora, admitindo que ela seja constante e que o 
som propague-se uniformemente em todas as direções. (Resposta: 37,68 W) 
 
Solução: 
A potência da fonte sonora é dada por: 
 
 
 
 
 
7. A respeito das ondas sonoras, considere as seguintes afirmações: 
 
I) As ondas sonoras são ondas transversais; 
II) A intensidade (volume) depende daamplitude do som e é medida em decibel (dB). 
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 
 
Solução: 
I) FALSA. As ondas sonoras são ondas longitudinais e não transversais. 
 
II) VERDADEIRA. A intensidade ou volume de um som depende da sua amplitude e permite 
distinguir um som forte de um som fraco. É medido em decibel (dB). 
 
 
III) VERDADEIRA. A altura de um som depende da sua frequência. Quanto maior a frequência, mais 
agudo é o som. E quanto menor a frequência, mais grave é o som. 
 
 
Alternativa correta: E 
 
8. Observe a tabela a seguir. Nela, os valores das intensidades sonoras (I) foram aferidos a distâncias idênticas 
das respectivas fontes de som. As fontes da tabela abaixo cuja intensidade de emissão de som está na faixa de 
risco se esse for considerado superior a 82 dB, são a(s) seguinte(s): 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Apenas a Turbina 
b) Triturador de lixo e TV 
c) Amplificador de som e TV 
d) Turbina e Amplificador de som 
e) Apenas o Triturador de lixo 
 
Solução: 
a) O nível de intensidade sonora é dada por: (
 
 
) 
Para a turbina: (
 
 
) 
Para o amplificador: (
 
 
) 
Para o triturador: (
 
 
) 
Para a TV: (
 
 
) 
Assim, apenas a turbina e o amplificador de som estão na faixa de risco da intensidade de emissão do som. 
Alternativa correta: D 
 
9) Considere as afirmações a seguir: 
I. O eco é um fenômeno causado pela reflexão do som num anteparo. 
II. O som grave é um som de baixa frequência. 
III. Timbre é a qualidade que permite distinguir dois sons de mesma altura e intensidade emitidos por fontes 
diferentes. 
 É correto o que se afirma em: 
a) I, apenas. 
b) I e II, apenas. 
c) I e III, apenas. 
d) II e III, apenas. 
e) I, II e III. 
 
Solução: 
a) VERDADEIRA. 
b) VERDADEIRA. 
c) VERDADEIRA. 
 
Alternativa correta: E 
 
 
10) A respeito das ondas sonoras, coloque V para verdadeiro e F para falso: 
 
( ) São ondas longitudinais. 
( ) Propagam-se no vácuo. 
( ) O fenômeno da difração permite explicar o fato de o som contornar obstáculos. 
( ) Efeito Doppler é o fenômeno no qual a frequência de uma onda sonora percebida por um observador é 
diferente da emitida pela fonte, devido ao movimento relativo entre eles. 
( ) No ar, uma onda de comprimento de onda igual a 1,0 m tem a mesma frequência que outra de 
comprimento de onda igual a 2,0 m. 
 
Solução: 
1ª) VERDADEIRO. 
 
2ª) FALSO. As ondas sonoras necessitam de um meio material para se propagarem. 
 
3ª) VERDADEIRO. 
 
4ª) VERDADEIRO. 
 
5ª) FALSO. De acordo com a equação: v = .f, para uma onda se propagando no ar a velocidade é constante, 
assim, o comprimento de onda é inversamente proporcional a frequência. Então, a onda de 2,0 m de 
comprimento de onda apresenta a metade da frequência da onda de 1,0 m de comprimento de onda.