Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica
Perguntas
Batimentos Os batimentos acontecem quando duas ondas de frequências ligeiramente diferentes, f e f , são detectadas simultaneamente. A frequência de batimento é dada por 1 2
O Efeito Doppler O efeito Doppler é a mudança da frequência observada de uma onda quando a fonte ou o detector está se movendo em relação ao meio no qual a onda está se propagando (como, por exemplo, o ar). No caso do som, a frequência observada f′ está relacionada à frequência f da fonte pela equação
em que vD é a velocidade do detector em relação ao meio, vF é a velocidade da fonte e v é a velocidade do som no meio. Os sinais são escolhidos para que f′ seja maior que f para os movimentos de aproximação e menor que f para os movimentos de afastamento. Ondas de Choque Se a velocidade de uma fonte em relação ao meio é maior que a velocidade do som no meio, a equação para o efeito Doppler deixa de ser válida. Nesse caso, surgem ondas de choque. O semiângulo θ do cone de Mach é dado por
Perguntas
1 Em um primeiro experimento, uma onda sonora senoidal é produzida em um tubo longo de ar, transportando energia a uma taxa média Pméd,1. Em um segundo experimento, duas ondas sonoras iguais à primeira são produzidas simultaneamente no tubo com uma diferença de fase ϕ de 0, 0,2 ou 0,5 comprimento de onda. (a) Sem fazer cálculos no papel, ordene esses valores de ϕ de acordo com a taxa média com a qual as ondas transportam energia, em ordem decrescente. (b) Qual é a taxa média, em termos de Pméd,1, para o primeiro valor de ϕ?
2 Na Fig. 17-25, duas fontes pontuais S1 e S2, que estão em fase, emitem ondas sonoras iguais, de comprimento de onda 2,0 m. Em termos de comprimentos de onda, qual é a diferença de fase entre as ondas que chegam ao ponto P se (a) L = 38 m e L = 34 m, (b) L 1 21 = 39 m e L = 36 m? (c) Supondo que a distância entre as fontes é muito menor que L e L , 2 1 2 que tipo de interferência ocorre no ponto P nas situações (a) e (b)?
Figura 17-25 Pergunta 2.
3 Na Fig. 17-26, três tubos longos (A, B e C) estão cheios de gases submetidos a pressões diferentes. A razão entre o módulo de elasticidade volumétrico e a massa específica está indicada para cada gás em termos de um valor de referência B0/ρ0. Cada tubo possui um
êmbolo na extremidade esquerda que pode produzir um pulso no tubo (como na Fig. 16-2). Os três pulsos são produzidos simultaneamente. Ordene os tubos de acordo com o tempo de chegada dos pulsos na extremidade direita aberta dos tubos, em ordem crescente.
Figura 17-26 Pergunta 3.
4 O sexto harmônico é gerado em um tubo. (a) Quantas extremidades abertas o tubo possui (o tubo deve possuir pelo menos uma)? (b) No ponto médio do tubo existe um nó, um antinó, ou um estado intermediário?
5 Na Fig. 17-27, o tubo A é colocado para oscilar no terceiro harmônico por uma pequena fonte sonora interna. O som emitido na extremidade direita faz ressoar quatro tubos próximos, cada um com apenas uma extremidade aberta (os tubos não estão desenhados em escala). O tubo B oscila no modo fundamental, o tubo C no segundo harmônico, o tubo D no terceiro harmônico e o tubo E no quarto harmônico. Sem executar cálculos, ordene os cinco tubos de acordo com o comprimento, em ordem decrescente. (Sugestão: Desenhe as ondas estacionárias em escala e, em seguida, desenhe os tubos em escala.)
Figura 17-27 Pergunta 5.
6 O tubo A tem comprimento L e uma extremidade aberta. O tubo B tem comprimento 2L e as duas extremidades abertas. Quais harmônicos do tubo B têm frequências iguais às frequências de ressonância do tubo A?
7 A Fig. 17-28 mostra uma fonte S em movimento, que emite sons com certa frequência, e quatro detectores de som estacionários. Ordene os detectores de acordo com a frequência do som que detectam, da maior para a menor.