Ondulatória ( FÍSICA – PRISE/PROSEL- 2ª ETAPA )

FÍSICA – PRISE/PROSEL- 2ª ETAPA 

COMPETENCIAS: 1 – Compreender a Física como a representação baseada na experimentação e abstração; 2 – Analisar os princípios e leis que relacionam a Física com a tecnologia, com a vida, com a Terra e com fenômenos atmosféricos; 3 – Compreender os modelos físicos identificando suas vantagens e limitações na descrição de fenômenos; 4– Analisar e interpretar grandezas e leis físicas representadas em gráficos e tabelas.

HABILIDADES: 1 – Relacionar quantitativamente as grandezas características de uma onda; 2 – Reconhecer as qualidades fisiológicas do som ; 3 – Aplicar quantitativamente as leis que regem os fenômenos ondulatórios ; 4 – Descrever qualitatitvamente as fontes sonoras  ; 5 – Explicar qualitativamente situações que envolvem o efeito Doppler; 6 – Utilizar a representação matemática das leis físicas como instrumento de análise e predição das relações entre grandezas e conceitos  

Amplitude:  para uma onda ou uma vibração, o máximo afastamento, para ambos os lados, em relação à posição de equilíbrio (o ponto médio).

Comprimento de onda: a distância entre duas cristas sucessivas, ou entre duas partes Idênticas e consecutivas da onda.

Frequência: para um meio ou corpo vibrante, o número de vibrações por unidade de tempo. Para uma onda, o número de cristas que passam por um particular ponto do espaço, por unidade de tempo.

Período: o tempo decorrido durante uma vibração completa. O período de uma onda também é igual ao período de sua fonte, também igual ao período de sua fonte.

1.2 – Ondas mecânicas: São ondas mecânicas e longitudinais.

O som é uma onda longitudinal que se propaga somente em meios materiais, ou seja, meios sólidos, líquidos e gasosos, não existindo a possibilidade de se propagar no vácuo, pois no mesmo não existe matéria.

1.3 – Infra-som, som e ultra-som: qualidades fisiológicas do som

e de freqüência dentro do intervalo de 20 a 20000 Hz.

EXERCÍCIOS

1 - A figura abaixo representa uma onda periódica propagando-se na água (a onda está representada de perfil). A velocidade de propagação desta onda é de 40 m/s, e cada quadradinho possui 1 m de lado.

Determine:

a) O comprimento de onda (l) desta onda.

b) A amplitude (A) desta onda.

c) A freqüência (f) da onda.

d) O período (T) de oscilação do barquinho sobre a onda.

2 - Ondas mecânicas podem ser do tipo transversal, longitudinal, ou mistas.  Numa onda transversal, as partículas do meio.

a) não se movem.

b) movem-se numa direção perpendicular à direção de propagação da onda.

c) movem-se numa direção paralela à direção de propagação da onda.

d) realizam movimento retilíneo uniforme.

e) n.d.a

3 - Considere uma pessoa batendo periodicamente em um ponto da superfície de um líquido. Uma onda passa a se propagar nessa superfície.  Portanto podemos afirmar que:

I-          A velocidade de propagação (v) da onda na superfície de um líquido depende do meio. Assim, em líquidos diferentes (água, óleo etc.) teremos velocidades de propagação diferentes.

II-         A distância entre duas cristas sucessivas é o comprimento de onda l .

III-         A freqüência (f) da onda é igual à freqüência da fonte que deu origem à onda.

IV-        As grandezas v, f e l estão relacionadas pela equação l = v/f e, portanto, como v é constante para um dado meio, quanto maior for  f, menor será o valor de l neste meio.

Assinale a alternativa correta:

a)         apenas as afirmativas I, II e IV são corretas.

b)         apenas as afirmativas I, e III são corretas.

c)         apenas as afirmativas I, III e IV são corretas.

d)         apenas as afirmativas II e IV são corretas.

e)         se todas as afirmativas forem corretas.

4 - Um rapaz e uma garota estão em bordas opostas de uma lagoa de águas tranqüilas. O rapaz, querendo comunicar-se com a garota, coloca dentro de um frasco plástico um bilhete e, arrolhando o frasco, coloca-o na água e lhe dá uma pequena velocidade inicial. A seguir, o rapaz pratica movimentos periódicos sobre a água, produzindo ondas que se propagam, pretendendo com isso aumentar a velocidade do frasco em direção à garota. Com relação a esse fato podemos afirmar:

a)         Se o rapaz produzir ondas de grande amplitude, a garrafa chega à outra margem mais rapidamente.

b)         O tempo que a garrafa gasta para atravessar o lago dependerá de seu peso.

c)         Quanto maior a freqüência das ondas, menor será o tempo de percurso até a outra margem.

d)         A velocidade da garrafa não varia, porque o que se transporta é a perturbação e não o meio.

e)         Quanto menor o comprimento de onda, maior será o aumento na velocidade da garrafa.

5 - Uma onda desloca-se na superfície de um lago com velocidade de 0,3 m/s. Sabendo que o comprimento de onda é 0,6 m, determine quantas vezes por segundo um pedaço de madeira que flutua neste lago vai realizar um movimento de "sobe-desce". Isso corresponde a perguntar qual é a freqüência deste movimento oscilatório, em hertz.

6 - Um pulso produzido na superfície da água propaga-se mantendo a forma circular.  Coloque falso (F) ou verdadeiro (V) nas afirmativas abaixo.

(    )      O pulso é transversal.

(    )      O pulso é bidimensional.

(    )      A velocidade de propagação do pulso é a mesma em todas as direções da superfície da água.

7 - A velocidade do som na água, em comparação com sua velocidade no ar, é:

a)  maior.

b) menor.

c) igual.

d) diferente,mas não é possível dizer se é maior ou menor.

e) maior ou menor, dependendo da freqüência do som que se propaga.

8 -  O som mais agudo é som de:

a)         maior intensidade.

b)         menor intensidade.

c)         maior freqüência.

d)         menor freqüência.

e)         maior velocidade de propagação.

9 - Coloque falso (F) ou verdadeiro (V):

(    )      Tanto o som quanto a luz são ondas transversais.

(    )      Tanto o som quanto a luz podem se propagar no vácuo.

(    )      Tanto a velocidade do som quanto a da luz dependem do meio de propagação.

10 - Uma onda é uma pertubação que se propaga em um meio material ou no vácuo. Sobre ondas é correto afirmar que:

a) (  )  ela transporta matéria e energia

b) (  ) transporta apenas matéria

c) ( x ) tranporta apenas energia

d) (  ) transporta matéria e não energia

11 - São características  típicas de ondas:

a) (  ) peso e  reflexão

b) ( x ) interferência e difração

c) (  ) volume e pressão

d) (  ) densidade e temperatura

e) (  ) reflexão e refração

12 - São exemplos de ondas transversais:

a) (  ) ondas sonoras e ondas de TV

b) (  ) ondas de rádio e ondas na mola

c) ( x ) ondas de TV e microondas

d) (  ) ondas sonoras e ultrasson

13 - Considere três ondas A, B e C que se propagam em um meio com velocidade de 200 m/s, 240 m/s e 300 m/s respectivamente. Sobre elas são feitas as afirmações:

I) as ondas A, B e C apresentam o mesmo período;

II) elas apresentam comprimentos de onda iguais;

III) as ondas B e C apresentam a mesma frequência;

IV) a onda A apresenta frequência menor que as ondas B e C.

V) as frequências de A, B e C são respectivamente 10Hz, 12 Hz e 15 Hz.

Está(ão) correta(as):

a) I                b) II                 c) I, II, III e V            → d) II, IV e V             e) I, II e V

13 - As ondas que podem propagar-se em qualquer meio são:

a) ( x ) ondas eletromagnéticas

b) (  ) ondas mecânicas

c) (  ) ondas transversais

d) (  ) ondas longitudinais

e) (  ) ondas unidimensionais

14 - as ondas que tem a direção de vibração coinsidente com a direção de propagação são:

a) (  ) ondas eletromagnéticas

b) (  ) ondas mecânicas

c) (  ) ondas transversais

d) ( x ) ondas longitudinais

e) (  ) ondas unidimensionais

15 - as ondas que tem a direção de vibração perpendicular a direção de propagação são:

a) (  ) ondas eletromagnéticas

b) (  ) ondas mecânicas

c) ( x ) ondas transversais

d) (  ) ondas longitudinais

e) (  ) ondas unidimensionais

16 -  Miicroondas, ondas na superfície da água e ondas sonoras são respectivamente:

a) (  ) eletromagnéticas, eletromagnéticas e mecânicas

b) ( x ) eletromagnéticas, mecânicas e mecânicas;

c) (  ) mecânicas, eletromagnéticas e mecânicas;

d) (  ) Mecânicas, mecânicas e eletromagnéticas

17 - Ondas sonoras, de rádio e  em uma corda são:

a ) (  ) transversais, longitudinais elongitudinais

b) (  ) transversais, transversais e longitudinais;

c) (  ) longitudinais, longitudinais e transversais;

d) ( x ) longitudinais, transversais e transversais

18 - Ondas na superfície da água, ondas de rádio e ondas na corda são respectivamente:

a) (  ) tridimensionais, bidimensionais e unidimensionais

b) (  ) unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais

c) ( x )  bidimensionais, tridimensionais e unidimensionais

d) (  ) tridimensionais, tridimensionais e bidimensionais

19 - a polarização só pode ocorrer em ondas:

a) (  ) longitudinais

b) (  )  eletromagnéticas

c) (  ) mecânicas

d) ( x ) transversais

20 - Quando uma onda refrata em um 2º meio de propagação é mantido constante, em relação ao meio anterior, apenas:

a) ( x ) a frequência e período;

b) (  ) velocidade e amplitude

c) (  ) comprimento de onda e período

d) (  ) frequência e amplitude

e) (  ) freqUencia e velocidade

21 - Classicamente são fenômenos próprios de ondas:

a) interferência, polarização, difração e efeito Doppler; ←

a) interferência, polarização, massa e efeito Doppler;

a) interfrência, polarização, difração e refração;

a) interferência, polarização, difração e densidade;

a) interferência, reflexão, difração e efeito Doppler;

22- Em um meio a frquência de uma onda cujo comrimento é 20 m é 50 Hz. Qual a velocidade desta onda no referido meio?

 Resposta: 1000 m/s

23 - Quando uma onda  propaga-se com comprimento de onda de 2 m a sua velocidade é 150 m/s. Qual a frequência desta onda?

 (Resposta: f = 75 Hz)

24 - Uma onda cujo comprmento no meio A é 20 m,  propaga-se neste meio com velocidade de 50 m/s e ao passar para um meio B o seu comprimento de onda é 30m. Qual a velocidade desta onda no meio B? 

 (Resposta: 75 m/s)

25 - O ser humano consegue ouvir o som emitido em uma faixa de frequência denominada de som audível. Os valores desse intervalo do som audível é de:

a) (  ) 20 Hz a 15000 hz      b) (  ) 10 MHz a 30 MHz        c) 100 Hz a 50 MHz       d) 14 HZ a 80MHz       → e) 20 Hz a 20000 Hz

26 - Uma corda vibrante de comprimento 5 m forma onda estacionária com frequência do 3º harmônico igual a 60 Hz. Deternine:

a) a frequência do harmônico fundamental  (resp: 20 Hz);

b)  o comprimento de onda no harmônico fundamental  (resp:10 m)

c) a velocidade  (resp: 200 m/s)

27 - Um barco navega com velocidade de 40 m/s em relação ao solo e em sentido oposto as ondas de um lago que se propagam com velocidades de 10 m/s em relação as margens. Se o comprimento das ondas do lago é 5m, a frequência com que o barco oscila é:

a) 2 Hz                   b) 6 Hz                  c) 8 Hz                 d) 10 Hz                e) n.d.r

28 - Um carro, com uma sirene, aproxima-se de um observador em repouso e ao passar por ele, este observador percebe uma frequência sonora correspondente a metade da que percebia quando o carro estava aproximando-se. Considerando a velocidade do som igual a 330 m/s, a velocidade do carro é:

a) (  ) 30 m/s          b) (  ) 72 m/s        c) (  ) 100 m/s        d) (  ) 40 m/s          e) ( x ) 110 m/s

29 - A distância entre dois nós consecutivos de uma onda estacionária que se propaga em uma corda com velocidade de 100m/s é 50 m. Calcule a frequência e o período desta onda.

 Resposta: f = 1 Hz, T = 1s)

30 - Em 12 segundos uma onda estacionária que se propaga em uma corda esticada e presas nas extremidades tem a distância correspondente a 3 ventres e 4 nós igual a 120 cm. Calcule o comprimento de onda, a velocidade, a frequência e o período. 

(Respostas: λ = 80 m, v 10 cm/s, f = 1/8 Hz e t = 8 s)

31 - A distância entre uma frente de onda e a linha de onda mais próxima, de ondas circulares que se propagam na superfície da água com velocidade de 40m/s é 2m. Calcule a frequência e o período.

( Resp: f = 20 Hz e T = 0,05)

32 - Quando uma corda de 5m e massa 2kg se encontra tracionada com uma força de 10N, ao sofrer um abalo em uma das extremidades uma  onda passa a se propagar por ela. Calcule a velocidade dessa onda.

(Resposta: 5 m/s)

34) Sabendo que a amplitude das ondas que formam a onda estacionária é 20 cm, calcule a amplitude máxima da onda estacionária resultante desta superposição.

 (Resposta: 40 m)

33 - Uma corda de 2 kg e 200 cm de comprimento que se encontra tracionada por uma força de 200N, sofre uma pertubação vertical em uma de suas extremidades. A velocidade do pulso que passaria a propagar-se na corda é, em m/s:

a) 5 m/s            →  b) 10 m/s              c) 15 m/s              d) 20 m/s                  e) 25 m/s

QUESTÕES UEPA

01. (UEPA 2008) Um cantor emite uma nota musical que é registrada em um estúdio de gravação. O registro da amplitude da onda sonora emitida pelo cantor, em função do tempo, está mostrado na Figura A. Em seguida ele emite outro som, registrado conforme mostra a Figura B.

Figura A

Figura B

Analise as seguintes afirmativas sobre os gráficos acima, considerando que, em ambos os casos, a velocidade de propagação da onda sonora é a mesma:

I. A frequência do harmônico fundamental é maior na Figura A do que na B.

II. O comprimento de onda do A é maior do que o do B.

III. O som mostrado na Figura B é mais grave que aquele mostrado na Figura A.

IV. A intensidade do som mostrado na Figura A é menor do que a do B.

De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:

(a) II, III e IV

(b) III e IV

(c) I e II

(d) I e III

(e) II e III

02. (UEPA 2009) O som audível apresenta frequências variando entre 20Hz e 20.000Hz, sendo a velocidade do som no ar igual a 340m/s. Considerando-se a onda sonora, é correto afirmar que:

(a) quando ela passa de um meio para outro sua frequência se altera.

(b) quando ela passa de um meio para outro seu comprimento de onda permanece constante.

(c) a qualidade fisiológica que permite distinguir um som forte de um fraco é o timbre.

(d) a qualidade fisiológica que permite distinguir dois sons, de mesma altura, emitidos por fontes sonoras diferentes é a amplitude.

(e) o comprimento de onda do som de menor frequência, no ar, é igual a 17m.

03. (UEPA 2009) O som na atmosfera diminui de intensidade à medida que se distancia da fonte. Quanto maior é a frequência do som, mais rapidamente ele é atenuado com a distância. Em um show estão se apresentando os cantores Walter Bandeira, que canta em tom grave, e Andréa Pinheiro, em tom agudo. O sistema de som emite as duas vozes com a mesma intensidade. Dentre os gráficos abaixo, marque aquele que descreve corretamente o comportamento das ondas sonoras descrito acima:

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

04. (UEPA 2009) Morcegos e golfinhos se orientam emitindo ondas sonoras em torno de 150 KHz e captando suas reflexões pelos objetos ao redor. Esta habilidade é chamada de ecolocalização. Analise as afirmações a seguir:

I. Se um golfinho escutar duas reflexões diferentes de um pulso que ele emitiu, cada uma com uma frequência diferente, então o objeto que refletiu a onda de frequência menor que 150 KHz está se afastando do golfinho.

II. As ondas emitidas para a ecolocalização estão na faixa do infrassom.

III. O tempo necessário para o golfinho ouvir o eco de um objeto, a uma certa distância, é menor do que o tempo que o morcego levará para ouvir o eco de outro objeto à mesma distância dele. De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:

(a) I

(b) III

(c) I e III

(d) II e III

(e) I, II e III

05. (UEPA 2010) O processo de envelhecimento do ser humano provoca diversas modificações no organismo. No aparelho auditivo, algumas células não se renovam e vão ficando cada vez mais danificadas, tornando difícil ouvir sons agudos.

Mundo Estranho, n° 51, set./2009, p. 36, (com adaptações).

Com base nessas informações, nesse estágio da vida, o ser humano percebe melhor os sons de:

(a) maior comprimento de onda.

(b) menor intensidade.

(c) maior frequência.

(d) menor amplitude.

(e) maior altura.

06. (UEPA 2010) O quadro abaixo apresenta valores mínimos para o nível de intensidade sonora, β, que pode ser ouvido por cada uma das quatro pessoas que têm problemas de surdez.

Um alto-falante que produz ondas sonoras de intensidade igual a 10^–4 W/m² é posicionado a uma mesma distância das quatro pessoas. Sendo I₀ = 10^–12 W/m² o limiar de audibilidade, isto é, a menor intensidade sonora que o ouvido humano pode perceber. Nesse sentido, é correto afirmar que:

(a) Larissa e Beatriz não conseguirão ouvir o som proveniente do alto-falante.

(b) Larissa conseguirá ouvir o som proveniente do alto-falante, mas Caroline não.

(c) Beatriz e Caroline conseguirão ouvir o som proveniente do alto-falante.

(d) Beatriz não conseguirá ouvir o som proveniente do alto-falante, mas Eduardo sim.

(e) Caroline e Eduardo conseguirão ouvir o som proveniente do alto-falante.

07. (UEPA 2011) Num procedimento médico de diagnostico por imagem, são empregados pulsos de ultrassom de intensidade igual a 0,1 W/m². Admitindo que, num desses procedimentos, 20dB sejam perdidos nos tecidos, a intensidade final de um desses pulsos de ultrassom, em W/m², será igual a:

Use, se necessário: Intensidade do som no limiar de audibilidade: 10^-12 W/m²

(a) 10^-1

(b) 10^-2

(c) 10^-3

(d) 10^-4

(e) 10^-5

08. (UEPA 2011) A velocidade de uma onda numa corda tensionada pode ser expressa pela seguinte equação   em que F é a intensidade da força que atua na corda e v é a sua densidade linear de massa, isto é, a razão entre a massa da corda e o seu comprimento. Admita uma corda de massa igual 200g, de 1m de comprimento que vibra com frequência de 25 Hz, conforme a figua abaixo. Para esta situação, a intensidade da força que atua na corda é, em N, igual a:

(a) 10

(b) 20

(c) 30

(d) 40

(e) 50

09. (UEPA 2012) Durante as obras para a construção de um edifício, um operário deixa cair um capacete de uma altura de 80 metros, o qual atinge uma placa de metal no solo, produzindo um som de intensidade igual a 10^-4  W/m² e de frequência igual a 160 Hz. Considerando a velocidade do som no ar igual a 320 m/s, analise as afirmativas abaixo.

Dados:

g=10 m/s²

Limiar da audibilidade igual a 10^-12 W/m²

I. A partir do momento da queda do capacete, o som do impacto deste com a placa de metal no solo será ouvido pelo operário no instante t = 0,25 s.

II. O nível sonoro produzido no choque do capacete com a placa foi de 60 dB.

III. O comprimento de onda do som produzido foi de 2 m.

IV. Se a  intensidade  do  som  decair  para 10^-8 W/m², o nível sonoro diminuirá para a metade do nível original.     

De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:

(a) I e II

(b) I e III

(c) I e IV

(d) II e III

(e) III e IV

10. (UEPA 2013) Notas musicais, emitidas, por exemplo, por um violão, são compostas por vários sons de frequências diferentes. Cada um desses sons é um harmônico. Considere que ao dedilhar a corda de um violão de comprimento igual a 0,5 m e massa igual a 5 g, a tensão aplicada na corda seja de 4 N.  Com base nestas informações, é correto afirmar que a frequência do 4° harmônico emitido por esta corda, em Hz, é igual a:

(a) 60

(b) 80

(c) 100

(d) 120

(e) 140

11. (UEPA 2013) Um professor de física interessado em adquirir um carro novo decidiu consultar uma página da internet especializada em mecânica de automóveis, de modo a adquirir informações importantes para a sua escolha de compra. Dentre os dados de conforto, o professor deparou- se com a seguinte tabela de nível sonoro do ruído interno, com as janelas fechadas e com o motor ligado:

Admita que exista uma relação matemática entre o nível sonoro e a velocidade, válida em toda a faixa de velocidades mostrada na tabela. Nesse sentido, são feitas as seguintes afirmações:

I. A variação do nível sonoro do ruído interno é diretamente proporcional à variação da velocidade do automóvel.

II. Se o ruído interno for igual a 62,5 dB, o veículo estará dentro do limite de velocidade brasileiro para zonas urbanas.

III. A intensidade sonora da onda que chega aos tímpanos do motorista, quando o veículo se move a 80 km/h, é  igual  a  10^-6 W/m².

IV. Sabendo que o nível sonoro de uma conversa em tom normal é 58 dB, a velocidade na qual o ruído atinge esse nível é 70  km/h. Dado: Limiar de audibilidade = 10^-12 W/m².

A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é:

(a) I e II

(b) I e III

(c) II e III

(d) II e IV

(e) III e IV

GABARITO DAS QUESTÕES DA UEPA

01 - D        02 - E        03 - A        04 – C

05 – A        06 – B        07 – C        08 – B

09 – E        10 – B        11 – B