Física 16 B Flashcards
(18 cards)
A questão envolve uma corda de 60 cm vibrando em uma onda estacionária com cinco nós consecutivos e frequência de 2000 Hz, pedindo: (a) o comprimento de onda e (b) a frequência fundamental.
Resumo da resolução:
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Desenho e análise:
- Cinco nós consecutivos indicam o quarto harmônico (quatro ventres, cinco pontos nodais, incluindo as extremidades fixas).
- Comprimento da corda (L) = 60 cm.
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Letra (a) - Comprimento de onda (λ):
- No quarto harmônico, a corda acomoda dois comprimentos de onda (L = 2λ).
- L = 60 cm = 2λ → λ = 60 / 2 = 30 cm.
- Resposta: Comprimento de onda = 30 cm.
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Letra (b) - Frequência fundamental (f₁):
- A frequência dada (2000 Hz) é do quarto harmônico (f₄).
- A frequência do n-ésimo harmônico é fₙ = n · f₁. Para o quarto harmônico: f₄ = 4 · f₁.
- f₄ = 2000 Hz → 4 · f₁ = 2000 → f₁ = 2000 / 4 = 500 Hz.
- Resposta: Frequência fundamental = 500 Hz.
Conclusão:
- O desenho da onda estacionária é crucial para identificar o harmônico.
- Comprimento de onda no quarto harmônico é 30 cm.
- Frequência fundamental é 500 Hz, calculada dividindo a frequência do quarto harmônico (2000 Hz) por 4.
Obs: f0 (frequência fundamental) é a frequência do 1º harmônico
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Contexto:
- Frequência mínima indica o primeiro harmônico (frequência fundamental, f₁ = 340 Hz).
- Comprimento da corda (L) = 70 cm = 0,7 m.
- A corda vibra e produz uma onda sonora com a mesma frequência da vibração (f_sonora = f_corda = 340 Hz).
- Velocidade do som no ar = 340 m/s.
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Letra (a) - Comprimento de onda da onda na corda (λ_corda):
- No primeiro harmônico, o comprimento da corda é igual a meio comprimento de onda: L = λ/2.
- L = 0,7 m → λ_corda = 2 · L = 2 · 0,7 = 1,4 m.
- Resposta: Comprimento de onda na corda = 1,4 m (ou 140 cm).
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Letra (b) - Velocidade da onda na corda (v_corda):
- A velocidade da onda na corda é dada por: v = f · λ.
- Usando f₁ = 340 Hz e λ_corda = 1,4 m:
v_corda = 340 · 1,4 = 476 m/s. - Resposta: Velocidade da onda na corda = 476 m/s.
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Letra (c) - Comprimento de onda da onda sonora (λ_sonora):
- A frequência da onda sonora é igual à da corda (f_sonora = 340 Hz).
- A velocidade do som no ar é v_som = 340 m/s.
- O comprimento de onda da onda sonora é: λ_sonora = v_som / f_sonora = 340 / 340 = 1 m.
- Resposta: Comprimento de onda da onda sonora = 1 m.
Conclusão:
- Comprimento de onda na corda: 1,4 m (140 cm).
- Velocidade da onda na corda: 476 m/s.
- Comprimento de onda da onda sonora: 1 m.
- A frequência da onda sonora é igual à da corda (340 Hz), e o desenho do primeiro harmônico ajuda a visualizar a relação entre o comprimento da corda e o comprimento de onda.
Uma corda fixa nas extremidades, de comprimento L, vibra no primeiro harmônico, produzindo uma onda sonora com frequência f_sonora igual à frequência fundamental f_1. No primeiro harmônico, o comprimento de onda é λ = 2L. A velocidade da onda na corda é v = √(T / μ), onde T é a tensão (N) e μ = m / L é a densidade linear (kg/m). A frequência fundamental é f_1 = v / (2L) = (1 / (2L)) * √(T / μ). Converta densidade linear de g/cm para kg/m (1 g/cm = 0.01 kg/m). Use unidades SI: N (tensão), m/s (velocidade), Hz (frequência). O desenho do primeiro harmônico (uma “barriga”) mostra λ = 2L.
Duas cordas, P e Q, com mesmo comprimento L e tensão T, vibram no primeiro harmônico, produzindo ondas sonoras com frequência f1, igual à da corda. No primeiro harmônico, lambda = 2L. A velocidade v = sqrt(T / mu), com mu = m / L (densidade linear). Assim, f1 = (1 / (2L)) * sqrt(T / mu). Como f1 é inversamente proporcional a sqrt(m), a corda P, com maior massa, tem maior mu, menor v e menor f1, gerando um som mais grave que Q. Use unidades SI: T (N), mu (kg/m), v (m/s), f (Hz). O desenho do harmônico mostra lambda = 2L.
O que tem na extremidade fechada e na extremidade aberta do tubo?
Um tubo sonoro, fechado em uma extremidade e aberto na outra, gera ondas estacionárias com nó na extremidade fechada e ventre na aberta. No primeiro harmônico, o comprimento do tubo L é L = λ/4, logo λ = 4L, e a frequência fundamental é f1 = v/(4L), com v ≈ 340 m/s. Ondas sonoras, longitudinais, são desenhadas como transversais para simplificar, como em trombones ou no ouvido. Use unidades SI: L (m), v (m/s), f (Hz). O desenho mostra nó na fechada e ventre na aberta.
Qto vale cada lambda?
tubo fechado de um lado e aberto do outro
nesse caso, o harmônico não é um ventre inteiro; o harmônico será 1/4 da onda ou metade de um ventre; assim, nunca terá o 2º harmônico, pq teria que ser um ventre, mas nunca será um ventre pq o tubo é aberto, logo, nunca terá harmônico par; um lâmbada nesse caso terá 4 harmônicos; com isso, vc calcula cada tubo
Qto vale cada lambda?
cada harmônico é 3/4 de lâmbda, visto em aula
harmônico é 1/4 de lãmbda
harmônico é 2/4 de lâmbda
Como o padrão de interferência das micro-ondas em um forno explica os pontos onde a manteiga derrete (interferência construtiva) e os pontos onde ela não derrete (interferência destrutiva)?
No microondas, micro-ondas formam ondas estacionárias. Interferência construtiva (ondas se somam) cria pontos quentes onde a manteiga derrete; interferência destrutiva (ondas se cancelam) cria pontos frios onde não derrete. O padrão desigual depende do forno e da posição da manteiga. Girar o prato uniformiza o aquecimento.
Como o conceito de interferência construtiva e destrutiva, observado em experimentos com ondas na água, explica o padrão de aquecimento desigual da manteiga no microondas, onde pontos de derretimento indicam interferência construtiva e pontos não derretidos indicam interferência destrutiva?
As ondas na água e no microondas mostram interferência: na água, fontes criam ventres (interferência construtiva, alta energia) e nós (interferência destrutiva, baixa energia). No microondas, micro-ondas formam pontos quentes (ventres, manteiga derrete) e frios (nós, não derrete). Girar o prato uniformiza o aquecimento, como mover fontes na água altera o padrão.
Ao sintonizar uma estação de rádio ou TV, ajustamos o circuito receptor para alterar sua frequência de ressonância, permitindo máxima absorção de energia de uma onda eletromagnética específica. Isso é o fenômeno da ressonância, onde dois sistemas vibrando na mesma frequência transferem energia de forma otimizada, como empurrar um balanço no ritmo certo para aumentar sua amplitude. Na antena, o campo elétrico de uma onda induz corrente, mas apenas a frequência ajustada no circuito (via resistor, capacitor, indutor) ressoa, gerando corrente máxima e selecionando uma estação, enquanto outras frequências têm menor efeito.
Ao sintonizar um rádio AM, a ressonância permite selecionar uma onda específica pela sua frequência, que deve ser igual ou próxima à frequência natural do circuito receptor. Isso maximiza a absorção de energia, convertida em som. Outras características, como velocidade, intensidade ou polarização, não influenciam a ressonância. Resposta: frequência (alternativa C).
O texto descreve como Amilton, com ouvido absoluto, identifica notas musicais apenas ouvindo acordes, sem referências, devido à frequência única de cada nota (ex.: Dó, Ré). Frequência é a propriedade física das ondas que distingue as notas, sendo a identidade da onda. Intensidade e amplitude (letras B e D) estão ligadas ao volume, não à identificação da nota, pois Amilton distingue notas mesmo com mesma intensidade. Velocidade de propagação (letra E) depende do meio, que é constante, não afetando a distinção. Forma da onda (letra C) está relacionada ao timbre, irrelevante aqui, já que o foco é a nota, não o instrumento. Gabarito: letra A - frequência.
Para perceber um eco, o som deve viajar até um obstáculo (como uma parede ou caverna), refletir e voltar, com um delay mínimo de 0,1 segundo. Se a distância até o obstáculo é ( x ), o som percorre ( 2x ) (ida e volta). Usando a equação do movimento uniforme ( d = v \cdot t ), onde ( v = 340 \, \text{m/s} ) (velocidade do som) e ( t = 0,1 \, \text{s} ), temos ( 2x = 340 \cdot 0,1 = 34 \, \text{m} ). Assim, ( x = 34 / 2 = 17 \, \text{m} ). Alternativamente, pode-se calcular só a ida, usando ( t = 0,05 \, \text{s} ), resultando em ( x = 340 \cdot 0,05 = 17 \, \text{m} ). Gabarito: 17 m (letra A). Um erro comum seria considerar ( x = 34 \, \text{m} ), esquecendo que ( 34 \, \text{m} ) é a distância total (ida + volta).
Um músico na plateia percebe que ouve bem os sons graves, mas as notas agudas chegam com menos nitidez, devido a pessoas altas bloqueando o caminho do som. O fenômeno responsável é a difração, a capacidade das ondas de contornar obstáculos. Notas graves (frequência menor, 20 Hz) têm maior comprimento de onda (( \lambda = v/f ), com ( v = 340 \, \text{m/s} )), permitindo maior difração ao contornar pessoas. Notas agudas (frequência maior, até 4.000 Hz) têm menor comprimento de onda, difratam menos e são mais bloqueadas. Por isso, graves chegam melhor que agudos. Gabarito: letra A - difração. Exemplo: em um carro com som alto, a batida grave é ouvida de longe, mas vozes agudas não, devido à mesma lógica.
