Borges e Nicolau
Ondas
Questão 1:
Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante fA. O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância.
O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo fO(t), antes e depois da passagem da ambulância por ele.
Qual esboço gráfico representa a frequência fO(t) detectada pelo observador?
Resolução:
Ocorre o efeito Doppler, que consiste em um observador captar uma frequência aparente fO diferente da frequência real fA das ondas emitidas pela fonte, devido a aproximação e afastamento entre o observador e a fonte.
Durante a aproximação da fonte, o observador O em repouso, receberá mais frentes de onda por unidade de tempo do que receberia se a fonte estivesse em repouso. Portanto, o observador O capta uma frequência aparente fo maior do que a frequência real fA. Isto é, o observador capta um som mais alto ou seja mais agudo: fO > fA
Durante afastamento da fonte, o observador O em repouso, receberá menos frentes de onda por unidade de tempo do que receberia se a fonte estivesse em repouso. Portanto, o observador O capta uma frequência aparente fO menor do que a frequência real fA. Isto é, o observador capta um som mais baixo ou seja mais grave: fO < fA
O gráfico que representa a frequência fO(t) detectada pelo observador é o indicado na alternativa d)
Observe que no instante T indicado, a fonte está passando bem em frente ao observador e ele capta a frequência real fA.
Resposta: d
Questão 2:
Um garoto que passeia com seu pai de carro pela cidade, ao ouvir o rádio, percebe que a sua estação de rádio preferida, a 94,9 FM, que opera na banda de frequência de megahertz, tem seu sinal de transmissão superposto pela transmissão de uma rádio pirata de mesma frequência que interfere no sinal da emissora do centro em algumas regiões da cidade.
Considerando a situação apresentada, a rádio pirata interfere no sinal da rádio do centro devido à
a) atenuação promovida pelo ar nas radiações emitidas.
b) maior amplitude da radiação emitida pela estação do centro.
c) diferença de intensidade entre as fontes emissoras de ondas.
d) menor potência de transmissão das ondas da emissora pirata.
e) semelhança dos comprimentos de onda das radiações emitidas.
Resolução:
De v = λ.f, sendo constante a velocidade v de propagação dos sinais transmitidos, assim como as frequências f, concluímos que as radiações emitidas têm comprimentos de onda λ semelhantes.
Resposta: e
Questão 3:
A ultrassonografia, também chamada de ecografia, é uma técnica de geração de imagens muito utilizada em medicina. Ela se baseia na reflexão que ocorre quando um pulso de ultrassom, emitido pelo aparelho colocado em contato com a pele, atravessa a superfície que separa um órgão do outro, produzindo ecos que podem ser captados de volta pelo aparelho. Para a observação de detalhes no interior do corpo, os pulsos sonoros emitidos têm frequências altíssimas, de até 30 MHz, ou seja, 30 milhões de oscilações a cada segundo.
A determinação de distâncias entre órgãos do corpo humano feitas com esse aparelho fundamenta-se em duas variáveis imprescindíveis:
a) a intensidade do som produzido pelo aparelho e a frequência desses sons.
b) a quantidade de luz usada para gerar as imagens no aparelho e a velocidade do som nos tecidos.
c) a quantidade de pulsos emitidos pelo aparelho a cada segundo e a frequência dos sons emitidos pelo aparelho.
d) a velocidade do som no interior dos tecidos e o tempo entre os ecos produzidos pelas superfícies dos órgãos.
e) o tempo entre os ecos produzidos pelos órgãos e a quantidade de pulsos emitidos a cada segundo pelo aparelho.
Resolução:
Para a determinação de distâncias entre órgãos do corpo humano devemos conhecer a velocidade de propagação do som no interior dos tecidos e os tempos entre os ecos produzidos pelas superfícies dos órgãos.
Resposta: d
Questão 4:
O morcego emite pulsos de curta duração de ondas ultrassônicas, os quais voltam na forma de ecos após atingirem objetos no ambiente, trazendo informações a respeito das suas dimensões, suas localizações e dos seus possíveis movimentos. Isso se dá em razão da sensibilidade do morcego em detectar o tempo gasto para os ecos voltarem, bem como das pequenas variações nas frequências e nas intensidades dos pulsos ultrassônicos. Essas características lhe permitem caçar pequenas presas mesmo quando estão em movimento em relação a si. Considere uma situação unidimensional em que uma mariposa se afasta, em movimento retilíneo e uniforme, de um morcego em repouso.
A distância e velocidade da mariposa, na situação descrita, seriam detectadas pelo sistema de um morcego por quais alterações nas características dos pulsos ultrassônicos?
a) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida diminuída.
b) Intensidade aumentada, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida diminuída.
c) Intensidade diminuída, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida aumentada.
d) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.
e) Intensidade aumentada, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.
Resolução:
Como a mariposa se afasta do morcego em repouso as intensidades dos ecos, recebidos pelo morcego, diminui.
O intervalo de tempo de retorno dos ecos aumenta em virtude das distâncias cada vez maior que as ondas devem percorrer.
Como a mariposa se afasta do morcego, de acordo com o efeito Doppler, a frequência dos ecos recebidos pelo morcego é menor que a frequência dos ultrassons emitidos.
Resposta: a
Questão 5:
A Figura 1 apresenta o gráfico da intensidade, em decibéis (dB), da onda sonora emitida por um alto-falante, que está em repouso, e medida por um microfone em função da frequência da onda para diferentes distâncias: 3 mm, 25 mm, 51 mm e 60 mm. A Figura 2 apresenta um diagrama com a indicação das diversas faixas do espectro de frequência sonora para o modelo de alto-falante utilizado neste experimento.
Relacionando as informações presentes nas figuras 1 e 2, como a intensidade sonora percebida é afetada pelo aumento da distância do microfone ao alto-falante?
a) Aumenta na faixa das frequências médias.
b) Diminui na faixa das frequências agudas.
c) Diminui na faixa das frequências graves.
d) Aumenta na faixa das frequências médias altas.
e) Aumenta na faixa das frequências médias baixas.
Resolução:
Na faixa das frequências graves, de 63 Hz a 250 Hz conforme a figura 2, verifica-se que aumentando-se a distância do microfone ao alto-falante (3 mm, 25 mm, 51 mm, 60 mm), a intensidade da onda sonora diminui.
Resposta: c
Questão 6:
Um experimento para comprovar a natureza ondulatória da radiação de micro-ondas foi realizado da seguinte forma: anotou-se a frequência de operação de um forno de micro-ondas e, em seguida, retirou-se sua plataforma giratória. No seu lugar, colocou-se uma travessa refratária com uma camada grossa de manteiga. Depois disso, o forno foi ligado por alguns segundos. Ao se retirar a travessa refratária do forno, observou-se que havia três pontos de manteiga derretida alinhados sobre toda a travessa. Parte da onda estacionária gerada no interior do forno é ilustrada na figura.
De acordo com a figura, que posições correspondem a dois pontos consecutivos da manteiga derretida?
a) I e III
b) I e V
c) II e III
d) II e IV
e) II e V
Resolução:
Nos ventres da onda estacionária ocorre o derretimento da manteiga (pontos I,III e V). Nestes pontos ocorre interferência construtiva. São consecutivos I e III.
Resposta: a
Questão 7:
Para obter a posição de um telefone celular, a polícia baseia-se em informações do tempo de resposta do aparelho em relação às torres de celular da região de onde se originou a ligação. Em uma região, um aparelho está na área de cobertura de cinco torres, conforme o esquema.
Considerando que as torres e o celular são puntiformes e que estão sob o mesmo plano, qual o número mínimo de torres necessárias para se localizar a posição do telefone celular que originou a ligação?
a) Uma. b) Duas. c) Três. d) Quatro. e) Cinco.
Resolução:
Conhecendo-se pelo menos as distâncias a três torres é possível localizar a posição do celular, por meio de um processo chamado triangulação.
Seja d1 a distância do celular à primeira torre. O celular pode estar em qualquer ponto da circunferência de centro na primeira torre A1 e raio d1 (figura a). Seja d2 a distância do celular à segunda torre A2. O celular pode estar num dos dois pontos P1 ou P2 em que as circunferências se interceptam (figura b). Seja d3 a distância do celular à terceira torre A3. A intersecção das três circunferências ocorre num ponto P onde se localiza o celular (figura c).
Resposta: c
Questão 8:
Ao sintonizarmos uma estação de rádio ou um canal de TV em um aparelho, estamos alterando algumas características elétricas de seu circuito receptor. Das inúmeras ondas eletromagnéticas que chegam simultaneamente ao receptor, somente aquelas que oscilam com determinada frequência resultarão em máxima absorção de energia.
O fenômeno descrito é a
a) difração.
b) refração.
c) polarização.
d) interferência.
e) ressonância.
Resolução:
A máxima absorção de energia ocorre quando a frequência do circuito receptor for igual à frequência da onda eletromagnética que chega ao receptor.
O fenômeno descrito é chamado ressonância.
Resposta: e
Questão 9:
Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle.
A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de
a) terem fases opostas.
b) serem ambas audíveis.
c) terem intensidades inversas.
d) serem de mesma amplitude.
e) terem frequências próximas.
Resolução:
Os pilotos dos aviões se comunicam com a torre de controle por meio de ondas de rádio. A utilização, por parte dos passageiros, de aparelhos como os telefones celulares, cujo funcionamento envolve a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas, pode interferir nessa comunicação. A utilização de frequências próximas acentua o fenômeno da interferência de ondas.
Resposta: e
Questão 10:
Certos tipos de superfícies na natureza podem refletir luz de forma a gerar um efeito de arco-íris. Essa característica é conhecida como iridescência e ocorre por causa do fenômeno da interferência de película fina. A figura ilustra o esquema de uma fina camada iridescente de óleo sobre uma poça d’água. Parte do feixe de luz branca incidente (1) reflete na interface ar/óleo e sofre inversão de fase (2), o que equivale a uma mudança de meio comprimento de onda. A parte refratada do feixe (3) incide na interface óleo/água e sofre reflexão sem inversão de fase (4). O observador indicado enxergará aquela região do filme com coloração equivalente à do comprimento de onda que sofre interferência completamente construtiva entre os raios (2) e (5), mas essa condição só é possível para uma espessura mínima da película. Considere que o caminho percorrido em (3) e (4) corresponde ao dobro da espessura E da película de óleo.
Expressa em termos do comprimento de onda (λ), a espessura mínima é igual a:
a) λ/4 b) λ/2 c) 3λ/4 d) λ e) 2λResolução:
A diferença de caminho entre as ondas que se superpõem é o dobro da espessura E da lâmina. Sendo a interferência construtiva, temos:
2E = i.λ/2, sendo i = 1, 3, 5, ...
A espessura mínima corresponde a i = 1:
2E = 1.λ/2 => E = λ/4
Resposta: a
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