Caiu no vestibular

Reflexão das ondas sonoras: reforço, eco e reverberação.
 
Quando ocorre a reflexão de uma onda sonora, chegam aos nossos ouvidos dois impulsos sonoros: o direto vindo da fonte e o refletido vindo do obstáculo refletor. Dependendo da distância entre o ouvinte e o obstáculo, o intervalo de tempo entre a chegada dos dois sons (direto e refletido) irá variar, podendo dar origem a um dos três fenômenos: reforço, eco ou reverberação.
Se o intervalo de tempo entre as chegadas dos dois sons for muito pequeno, quase nulo, o ouvinte tem a sensação de um som mais forte, pois está recebendo mais energia. A esse fenômeno dá-se o nome de reforço.

Se o intervalo de tempo entre a chegada do som direto e a chegada do som refletido for superior a 0,1 s, o ouvinte consegue distinguir nitidamente os dois sons.  Dizemos que ocorre o eco. O intervalo de tempo de 0, 1 s é denominado tempo de persistência auditiva.
 
Caso o intervalo de tempo não seja desprezível, mas inferior a 0,1 s, o som refletido atinge o ouvido quando o som direto ainda não se extinguiu. O ouvinte tem a impressão de um prolongamento do som. Neste caso, a sensação auditiva recebe o nome de reverberação.
(Adaptado do livro “Aulas de Física” da Editora Saraiva)

Exercícios:

Exercício 1:

(U. Mackenzie-SP) 
Uma onda sonora de comprimento de onda 68 cm se propaga no ar com velocidade de 340 m/s. Se esse som se propagar na água, ele terá frequência de:

a) 600 Hz        b) 500 Hz        c) 400 Hz        d) 300 Hz        e) 200 Hz
 
Resolução:
 
Frequência do som no ar:

v = λ.f => 340 = 0,68.f => f = 500 Hz

A frequência não se altera. Portanto, na água: f = 500 Hz
 
Resposta: b

Exercício 2:

(Unisa-SP) 
Para que se perceba o eco de um som no ar, onde a velocidade de propagação é 340 m/s, é necessário que haja uma distância de 17 m entre a fonte sonora e o anteparo onde o som é refletido. Na água, onde a velocidade do som é 1.600 m/s, esta distância precisa ser de:

a) 34 m          b) 60 m          c) 80 m          d) 160 m          e) 800 m

Resolução:

Seja d a distância entre a fonte sonora e o anteparo. A distância percorrida pelo som desde a sua emissão, até atingir o anteparo, sofrer reflexão e chegar à fonte sonora é 2d. Portanto:

2d = v_ar.t  => 2.17 = 340.t =>  t = 0,10 s

Na água temos:

2d’ = v_água.t  => 2.d’ = 1600.0,10 => d’ = 80 m
 
Resposta: c
 
Exercício 3:

(UFMG)
O eco de um disparo é ouvido por um caçador 5,0 segundos depois que ele disparou sua espingarda. A velocidade do som no ar é de 330 m/s. A superfície que refletiu o som se encontrava a uma distância igual a:

a) 1,65.10³ m
b) 1,65 m
c) 1,65.10^-3 m
d) 8,25.10² m
e) 8,25.10^-2 m
 
Resolução:
 
2d = v.t => 2.d = 330.5,0 => 2.d = 1650m => d = 825m => 

d = 8,25.10² m
 
Resposta: d

Exercício 4:

(Vunesp)
Um submarino é equipado com um aparelho denominado sonar, que emite ondas acústicas de frequência 4,00.10⁴ Hz. As velocidades das ondas emitidas no ar e na água são respectivamente 3,70.10² m.s^-1 e 1,40.10³ m.s^-1.
Esse submarino quando em repouso na superfície emite um sinal na direção vertical através do oceano e o eco é recebido após 0,80 s. Pergunta-se:

a) Qual é a profundidade do oceano nesse local?

b) Qual é a razão entre o comprimento de onda do som no ar e na água?
 
Resolução:
 
a) 2d = v.t  => 2.d = 1,40.10³.0,80 => 2.d = 1120m => 

d = 5,6.10² m
 
b)
v_ar = λ_ar.f (1); v_água = λ_água.f (2)

(1)/(2) =>

v_ar/v_água = λ_ar/λ_água => 3,70.10²/1,40.10³ => 

λ_ar/λ_água ≅ 0,264

Respostas: a) 5,6.10² m; b) ≅ 0,264

Exercício 5:

(UEPA)
Para detectar o relevo do fundo de rios, o sonar pode ser utilizado gerando uma imagem acústica do fundo. Considere que o sonar pode ser representado por uma fonte pontual que produz onda esférica e registra o eco em um receptor localizado praticamente na mesma posição da fonte. A Figura 1 representa um levantamento de dados de sonar em uma região de leito plano e inclinado, nas posições 1 e 2 do navio. Os intervalos de tempo entre a emissão e a recepção do eco, para duas posições da fonte, estão representadas na Figura 2. Neste experimento, as leis da ótica geométrica descrevem precisamente o comportamento das frentes de ondas sonoras.

Nessas condições responda:

a) Quando a fonte está na posição 1, qual dos pontos indicados sobre o leito do rio pode ser considerado responsável pelo eco registrado no receptor? Justifique sua resposta com base nos princípios da ótica geométrica.

b) Considere que a velocidade do som na água é 1500 m/s e que o ângulo θ é de 60°. Nestas condições, determine a profundidade do ponto sobre o leito do rio onde ocorre a reflexão do sinal detectado, quando o navio se encontra na posição 2.

Resolução:

a) Como o sonar registra o eco em um receptor localizado praticamente na mesma posição da fonte, concluímos que o raio de onda emitido reflete sobre si mesmo. Isto ocorre quando o raio de onda incide perpendicularmente ao leito do rio. Portanto, o ponto procurado é o B. (veja a figura abaixo, à esquerda) 

b) Como o navio e o receptor estão localizados praticamente na mesma posição, temos quando o navio se encontra na posição 2, a situação indicada na figura abaixo, à direita. 

Cálculo de d:

2d = v.Δt => 2.d = 1500(m/s).0,200s => 2.d = 300m => d = 150 m

Cálculo da profundidade y

cos θ = catetoadjacente/hipotenusa => cos θ = y/d =>
cos 60° = y/150 => 1/2 = y/150 => y = 75 m 

n
Respostas: a) ponto B; b) 75m