RESSONÂNCIA, EFEITO DOPPLER E INSTRUMENTOS SONOROS
1. Considere dois tubos sonoros, um aberto e outro fechado, ambos do mesmo comprimento e situados no mesmo ambiente. Se o som de freqüência fundamental emitido pelo tubo aberto tem comprimento de onda de 34 cm, qual o comprimento de onda, em centímetros do som de freqüência fundamental emitido pelo tubo fechado?
2. Um artesão constrói um instrumento musical rústico usando cordas presas a dois travessões. As cordas são todas de mesmo material, de mesmo diâmetro e submetidas à mesma tensão, de modo que a velocidade com que nelas se propagam ondas transversais seja a mesma. Para que o instrumento possa emitir as diversas notas musicais, ele utiliza cordas de comprimentos diferentes, como mostra a figura.
Uma vez afinado o instrumento, suponha que cada corda vibre em sua frequência fundamental. Que corda emite o som mais grave, a mais longa ou a mais curta? Justifique sua resposta.
3. Uma corda de violão de comprimento L está tensa, sob a ação de uma força F0, emitindo um som de freqüência
fundamental f0.
Que força F dever-se-ia aplicar a essa corda para que ela vibrasse com o triplo da freqüência fundamental de outra corda semelhante, submetida à mesma força F0, mas de comprimento igual a 2 L?
4. Um tubo metálico retilíneo, aberto nas duas extremidades, tem 2,0 m de comprimento. Qual a menor freqüência em Hz com que o tubo ressoa? Adote a intensidade da velocidade do som no ar = 340 m/s.
5. O canal que vai do tímpano à entrada do ouvido pode ser considerado como um tubo cilíndrico de 2,5cm de comprimento, fechado numa extremidade e aberto na outra.
Considere a velocidade do som no ar igual a 340m/s.
6. Considerando o fenômeno de ressonância, o ouvido humano deveria ser mais sensível a ondas sonoras com comprimentos de onda cerca de quatro vezes o comprimento do canal auditivo externo, que mede, em média, 2,5cm. Segundo esse modelo, no ar, onde a velocidade de propagação do som é 340m/s, o ouvido humano seria mais sensível a sons com freqüências em torno de
a) 34 Hz b) 1320 Hz c) 1700 Hz d) 3400Hz e) 6800 Hz
7. Uma corda de violão é mantida tencionada quando presa entre dois suportes fixos no laboratório. Posta a vibrar, verifica-se que a mais baixa freqüência em que verifica-se converifica-segue estabelecer uma onda estacionária na corda é f0 = 100Hz. Assim, qual
das opções a seguir apresenta a sucessão completa das quatro próximas freqüências possíveis para ondas estacionárias na mesma corda? a) 150 Hz, 200 Hz, 250 Hz, 300 Hz b) 150 Hz, 250 Hz, 350 Hz, 450 Hz c) 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz d) 200 Hz, 400 Hz, 600 Hz, 800 Hz e) 300 Hz, 500 Hz, 700 Hz, 900 Hz
8. Uma corda feita de um material, cuja densidade linear é 10 g/m, está sob tensão provocada por uma força de 900 N. Os suportes fixos distam de 90 cm. Faz-se vibrar a corda transversalmente e esta produz ondas estacionárias, representadas na figura a seguir. A freqüência das ondas componentes, cuja superposição causa esta vibração, é:
a) 100 Hz b) 200 Hz c) 300 Hz d) 400 Hz e) 500 Hz
9. As seis cordas de um violão têm espessuras diferentes e emitem sons que são percebidos pelo ouvido de forma diferente.
No entanto, com boa aproximação, pode-se afirmar que todas elas emitem ondas sonoras que, no ar, têm a) a mesma altura.
b) a mesma freqüência. c) a mesma intensidade. d) a mesma velocidade.
10. Ao tocar as cordas de um violão, o músico percebe que ele está desafinado. Com o intuito de afiná-lo, o músico utiliza um diapasão de 440 Hz (nota musical Lá). Fazendo vibrar simultaneamente o diapasão e a corda Lá do violão, ele percebe um batimento de 1 Hz. Alterando a tensão nessa corda, ele elimina o batimento. A corda tem um comprimento de 0,80 m. Com base nessas informações, é correto afirmar:
(01) Modificando-se a tensão na corda, altera-se a velocidade de propagação da onda na corda.
(02) Quando a corda estiver afinada, a freqüência correspondente ao terceiro harmônico será de 660 Hz. (04) A onda na corda é uma onda do tipo estacionária.
(08) O comprimento de onda do primeiro harmônico é 0,80 m.
(16) A velocidade de propagação da onda nessa corda, após ter sido afinada, é de 704 m/s. Soma ( )
11. Um músico sopra a extremidade aberta de um tubo de 25cm de comprimento, fechado na outra extremidade, emitindo um som na freqüência f=1.700Hz. A velocidade do som no ar, nas condições do experimento, é v=340m/s. Dos diagramas a seguir, aquele que melhor representa a amplitude de deslocamento da onda sonora estacionária, excitada no tubo pelo sopro do músico é:
12. Instrumentos musicais de sopro, como saxofone, oboé e clarinete, empregam a idéia de onda sonora estacionária em tubos, pois são emitidas ondas sonoras de grande amplitude para as freqüências de ressonância, ou harmônicos correspondentes.
Sobre este assunto, indique a alternativa INCORRETA:
a) O harmônico fundamental num tubo sonoro aberto em ambas as extremidades tem um nó e um ventre. b) A extremidade fechada de um tubo sonoro fechado sempre corresponde a um nó.
c) O comprimento de onda do harmônico fundamental num tubo fechado é igual ao quádruplo do comprimento do tubo. d) Em tubos abertos, todos os harmônicos podem existir; já em tubos fechados, apenas os harmônicos ímpares existem. e) Para um tubo fechado, a freqüência do segundo harmônico é maior do que a do primeiro harmônico.
13. Um tubo sonoro, como o da figura a seguir, emite um som com velocidade de 340 m/s. Pode-se afirmar que o comprimento de onda e a freqüência da onda sonora emitida são, respectivamente:
a) 0,75 m e 340 Hz. b) 0,80 m e 425 Hz. c) 1,00 m e 230 Hz. d) 1,50 m e 455 Hz. e) 2,02 m e 230 Hz.
14. Um tubo de comprimento L, aberto em ambas as extremidades, emite um som fundamental de freqüência f. O mesmo tubo, quando fechamos uma de suas extremidades, passa a emitir um som fundamental de freqüência f2. O valor da razão
f1/f2 corresponde a: a) 2 b) 1 c) 1/2 d) 1/4 e) 1/8
15. Um professor lê o seu jornal sentado no banco de uma praça e, atento às ondas sonoras, analisa três eventos I. O alarme de um carro dispara quando o proprietário abre a tampa do porta-malas.
II. Uma ambulância se aproxima da praça com a sirene ligada.
III. Um mau motorista, impaciente, após passar pela praça, afasta-se com a buzina permanentemente ligada. O professor percebe o Efeito Doppler apenas
a) no evento I, com freqüência sonora invariável b) nos eventos I e II, com diminuição da freqüência. c) nos eventos I e III, com aumento da freqüência.
d) nos eventos II e III, com diminuição da freqüência em II e aumento em III. e) o nos eventos II e III, com aumento da freqüência em II e diminuição em III.
16. Quando você anda em um velho ônibus urbano, é fácil perceber que, dependendo da freqüência de giro do motor, diferentes componentes do ônibus entram em vibração. O fenômeno físico que está se produzindo neste caso é conhecido como a) eco. b) dispersão. c) refração. d) ressonância. e) polarização.
17. Considere as seguintes afirmações a respeito de ondas transversais e longitudinais. I - Ondas transversais podem ser polarizadas e ondas longitudinais não.
II - Ondas transversais podem sofrer interferência e ondas longitudinais não. III - Ondas transversais podem apresentar efeito Doppler e ondas longitudinais não. Quais estão corretas?
a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) Apenas I e III.
18. Sabe-se que a função do ouvido é converter uma fraca onda mecânica que se propaga no ar em estímulos nervosos; sabe-se, ainda, que os métodos de diagnose média que usam ondas ultra-sônicas baseiam-se na reflexão do ultra-som ou no efeito Doppler, produzido pelos movimentos dentro do corpo. Com base em conhecimentos a respeito de ondas, julgue os itens adiante.
(0) No processo de interferência entre duas ondas, necessariamente, uma delas retarda o progresso da outra.
(1) O efeito Doppler não é determinado apenas pelo movimento da fonte em relação ao observador, mas também por sua velocidade absoluta em relação ao meio no qual a onda se propaga.
(2) Nos instrumentos musicais de corda, os sons estão relacionados com a frequência de vibração de cada corda; quanto maior a frequência de vibração de cada corda; mais grave será o som produzido.
(3) Um concerto ao ar livre está sendo transmitido, ao vivo, para todo o mundo, em som estéreo, por um satélite
geoestacionário localizado a uma distância vertical de 37000km da superfície da Terra. Quem estiver presente ao concerto, sentado a 350 m do sistema de alto-falantes, escutará a música antes de um ouvinte que resida a 5 000 km do lugar da realização do concerto.
19. Um indivíduo percebe que o som da buzina de um carro muda de tom à medida que o veículo se aproxima ou se afasta dele. Na aproximação, a sensação é de que o som é mais agudo, no afastamento, mais grave. Esse fenômeno é conhecido em Física como efeito Doppler. Considerando a situação descrita, julgue os itens que se seguem.
(1) As variações na totalidade do som da buzina percebidas pelo indivíduo devem-se a variações da frequência da fonte sonora.
(2) Quando o automóvel se afasta, o número de cristas de onda por segundo que chegam ao ouvido do indivíduo é maior. (3) Se uma pessoa estiver se movendo com o mesmo vetor velocidade do automóvel, não mais terá a sensação de que o som muda de totalidade.
GABARITO 1. 68 cm
2, A corda de MAIOR comprimento emite o som MAIS GRAVE. 3. 9/4 4. 8,5 . 101 Hz 5. F = 3,4 × 103 Hz 6. [D] 7. [C] 8. [E] 9. [D] 10. 01 + 04 + 16 = 21 11. [E] 12. [A] 13. [B] 14. [A] 15. [E] 16. [D] 17. [A] 18. F V F F 19. F F V F
