Caiu no vestibular

Ondas sonoras (II)

Difração das ondas sonoras

As ondas sonoras difratam-se facilmente, pelo fato de apresentarem elevados comprimentos de onda, da mesma ordem de grandeza dos objetos de nosso dia-a-dia. Assim, o som consegue contornar obstáculos, ao contrário do que acontece com as ondas luminosas, que se difratam pouco, em vista de possuírem comprimentos de onda pequenos. Daí ser possível ouvir o som da buzina de um carro, apesar de ele ainda não estar visível no cruzamento.

Ressonância das ondas sonoras

Sempre que um sistema oscila livremente, ele o faz com uma de suas frequências naturais de vibração. Entretanto, se entrar em contato com ondas de frequência coincidente com um de seus modos naturais de vibração, ele passa a vibrar com essa frequência, ocorrendo um aumento gradativo da amplitude de vibração, à medida que absorve energia. Este fenômeno recebe o nome de ressonância. Quando o fenômeno envolve ondas sonoras, temos a chamada ressonância sonora.

A ressonância sonora é particularmente importante nos instrumentos musicais. Por exemplo, os instrumentos de sopro, baseiam-se na ressonância de uma coluna de ar.

Em outros, a finalidade é amplificar as notas emitidas As caixas de ressonância do violão, do violino, do contrabaixo, do piano e outros instrumentos de corda abrigam uma certa quantidade de ar que ressoa com as vibrações do instrumento.
(Adaptado do livro ”Aulas de Física”, Editora Saraiva)

Exercícios:

Exercício 1:

(UFMG)
Um muro muito espesso separa duas pessoas em uma região plana, sem outros obstáculos. As pessoas não se veem, mas, apesar do muro, se ouvem claramente.

a) Explique por que elas podem se ouvir.
b) Explique por que elas não podem se ver.

Resolução:

a) As duas pessoas não se veem, mas, apesar do muro, se ouvem claramente, pela ocorrência da difração das ondas sonoras contornando o muro
 
b) Não podem ser vistos porque o muro é um meio opaco, e as ondas luminosas não se difratam nas bordas do muro por terem comprimento de onda muito pequeno.

Exercício 2: 

(UFCE)
Duas pessoas, em salas diferentes, separadas por um biombo de madeira, conforme a figura, podem até conversar entre si mas não podem se ver.

A razão física disso é que:

a) a velocidade do som é muito maior que a velocidade da luz
b) a frequência do som é muito maior que a frequência da luz
c) o comprimento de onda do som é muito maior que o da luz
d) ondas sonoras são transversais enquanto ondas de luz são longitudinais

Resolução:

O comprimento de onda do som é muito maior que o da luz. 

Resposta: c
 
Exercício 3: 

A velocidade do som no ar é v = 340 m/s. O sistema auditivo humano distingue sons de frequências de 20 Hz até 20000 Hz.
 
a) Entre que extremos varia o comprimento de onda de sons audíveis no ar?
b) Analise a afirmação abaixo e responda se está certa ou errada:
A difração de ondas audíveis no ar é bem perceptível quando os obstáculos a serem contornados têm dimensões da ordem de 2,0 m.

Resolução:

a) 
v = λ.f => 340 = λ.20 => λ = 17 m
v = λ.f => 340 = λ.20000 => λ = 0,017 m = 1,7 cm

b)
A afirmação está CERTA. Pelos resultados do item anterior concluímos que o  comprimento de onda de sons audíveis no ar variam de 1,7 cm a 17 m. Portanto, um obstáculo de 2,0 m pode ser contornado por uma onda sonora.

Exercício 4:

(UDESC)
Em um exame de audiometria uma pessoa foi capaz de ouvir uma frequência entre 30 Hz e 2 kHz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é de 340 m/s o comprimento de onda correspondente ao som de maior frequência (mais agudo) que a pessoa ouviu foi:

a) 17 cm
b) 0,17 cm
c) 17 cm
d) 11,3 cm
e) 0,113 cm

Resolução:

O som de maior frequência (f = 2000 Hz) tem comprimento de onda:
v = λ.f => 340 = λ.2000 => λ = 0,17 m = 17 cm

Resposta: a

Exercício 5:

(UFMG)
Para que um corpo vibre em ressonância com um outro é preciso que:

a) seja feito do mesmo material que o outro;
b) vibre com a maior amplitude possível;
c) tenha uma frequência natural igual a uma das frequência naturais do outro;
d) vibre com a maior frequência possível;
e) vibre com a menor frequência.

Resolução:

Para que um corpo vibre em ressonância com um outro corpo é preciso que tenha uma frequência natural igual a uma das frequência naturais do outro corpo.

Resposta: c

Exercício 6:

(UEL-PR)
Cantores e cantoras líricas chegam a ter tal controle sobre sua qualidade musical que não é incomum encontrar entre eles quem consiga quebrar taças de cristal usando a voz. Esse fenômeno é ocasionado por um efeito conhecido como ressonância. Assinale a alternativa que apresenta uma característica física essencial da ressonância.

a) Som muito intenso.
b) Som de frequência muito baixa.
c) Som de frequência específica.
d) Som de timbre agudo
e) Som de frequência muito alta.

Resolução:

A taça de cristal possui uma frequência natural de vibração de sua estrutura. Quando o cantor ou a cantora emite uma nota cuja frequência coincide com esta, as amplitudes de oscilação da estrutura aumentam, podendo levar à sua ruptura.

Resposta: c
Clique aqui: https://www.youtube.com/watch?v=qy1c5_vYTVo

Exercício 7:

(UNIP)
A ponte de Tacoma nos Estados Unidos, ao receber impulsos periódicos do vento, entrou em vibração e foi totalmente destruída.  O fenômeno que melhor explica este fato é:

a) o efeito Doppler
b) a ressonância
c) interferência
d) a difração
e) a refração.

Resolução:
 
A ponte entrou em ressonância com o vento. A ponte oscilou numa de suas frequências naturais, levando-a à total destruição.

Resposta: b
Clique aqui: https://www.youtube.com/watch?v=dvRHK4yA8rc