Questões de Concurso sobre Ondas e Propriedades Ondulatórias

Uma corda de comprimento L_C e massa m_C, fixada nas suas duas extremidades, é colocada a vibrar no seu segundo modo fundamental. O som emitido por essa corda faz com que um tubo sonoro de comprimento l, fechado em uma das suas extremidades, entre em ressonância no seu modo fundamental. Sendo v_S a velocidade do som, assinale a alternativa que contém a expressão da tensão submetida à corda.

Um interessante experimento para a medição da velocidade do som, de cerca de 340 m/s, pode ser realizado a partir das frequências de ressonância do som produzido com uma garrafa sendo soprada, que correspondem aos harmônicos (ondas estacionárias). Na extremidade fechada da garrafa teremos uma região de alta pressão (nó) e na extremidade aberta por onde o ar flui para produzir o som temos uma região de baixa pressão (ventre).

Em um aplicativo de celular que analise o espectro sonoro, o som produzido pela garrafa é decomposto nas frequências mais intensas permitindo a identificação dos harmônicos (ondas estacionárias) no interior da garrafa como picos no registro da intensidade sonora pelo celular. Particularmente, para os harmônicos mais altos verifica-se melhor adequação do modelo de ondas estacionárias em tubo reto semiaberto (o efeito do formato da garrafa fica menos relevante).

Considerando que em um experimento todos os harmônicos possíveis aparecem registrados no celular, o terceiro pico em intensidade produzido em garrafa de 20 cm deve ter frequência próxima de:

O eletrocardiograma é um exame cardíaco que mede a intensidade dos sinais elétricos advindos do coração. A imagem apresenta o resultado típico obtido em um paciente saudável e a intensidade do sinal (V_EC) em função do tempo.

De acordo com o eletrocardiograma apresentado, qual foi o número de batimentos cardíacos por minuto desse paciente durante o exame?

Como exemplos de sistemas oscilantes, podemos considerar oscilações transversais em uma corda, molas espirais oscilando longitudinalmente e ondas de pressão em tubos. Considere uma onda transversal senoidal gerada em uma extremidade de uma longa corda horizontal, deslocando-se 6 cm para cima e 6 cm para baixo periodicamente, duas vezes por segundo. Dado que a massa da corda é 80 gramas e seu comprimento é 2,00 metros, para uma velocidade de propagação de 22,36 m/s quais são a tensão que a corda está submetida e o número de onda, em unidades do SI, respectivamente?

Abaixo estará descrito um experimento de física, de acordo com os seus conhecimentos, avalie e marque a alternativa CORRETA sobre qual conceito está sendo avaliado.

Mariana segura uma das extremidades de uma mola e Pedro a outra extremidade, eles irão empurrar a mola para frente e para trás rapidamente:

Um prisma possui um ângulo agudo $\alpha$ e índice de refração variável de acordo com a expressão:

$n\left(\lambda \right)=A+\frac{B}{{\lambda }^2}$

em que A e B são constantes e $\lambda$ é o comprimento de onda.

Uma luz branca vinda do ar (n₀ = 1) incide sobre a face vertical do prisma e sofre dispersão cromática no seu interior, voltando para o ar ao sair do prisma. Tal luz, possui componentes espectrais no intervalo: ${\lambda }_1\le \lambda \le {\lambda }_2$.

Consideração:

• os ângulos θ₀ e $\alpha$ são tão pequenos que a aproximação $sen\left(x\right)\cong x$é válida, para $x=$ θ₀ ou $x=\alpha$.

Diante do exposto, a maior abertura angular Δθ entre as componentes espectrais é aproximadamente:

Uma onda é provocada por uma perturbação em um meio. Por exemplo, quando uma corda de um violão é tocada, é provocada uma perturbação que se propaga por toda a corda. Em alguns casos é possível ver a onda (em um lago de águas calmas, ao se jogar uma pedra na água); em outros casos é possível ouvir os efeitos de uma onda.

As ondas possuem diversas e importantes aplicações no dia a dia, podendo ser mecânicas ou eletromagnéticas. Tendo como base a teoria ondulatória e áreas afins, analise as afirmativas a seguir:

I. A principal diferença entre as ondas mecânicas e as eletromagnéticas é que, apesar de ambas transportarem energia, somente as mecânicas transportam matéria.

II. As ondas nas quais o movimento do meio é perpendicular à direção de propagação da onda são chamadas ondas transversais.

III. As ondas nas quais o movimento do meio ocorre paralelamente à direção de propagação da onda são chamadas ondas longitudinais.

IV. Ondas sonoras são exemplos de ondas transversais.

Assinale

Com o auxílio de dois estiletes de ponta fina percutem-se rítmica e simultaneamente dois pontos A e B da superfície livre da água contida em um tanque. Provocam-se, assim, ondas de mesma frequência e de mesma amplitude, emitidas em fase a partir de A e B, que se propagam na superfície livre da água. J, M e K são pontos da superfície da água que pertencem a direção XX` paralela à direção AB e dela distante 120 cm.

O ponto M é equidistante de A e B. O ponto J fica em frente a A e, o ponto K, em frente a B, como ilustra a figura.

Os pontos J e K, que pertencem à direção XX', são os pontos da superfície da água mais próximos de M. Em cada um deles, é colocada uma bolinha de isopor, que permanecem em repouso apesar da passagem das ondas.

Sendo a distância AB = 50 cm, o comprimento das ondas que se propagam na superfície da água é

O chamado princípio de Huygens diz que cada ponto em uma frente de onda funciona como uma nova fonte, produzindo ondas que se propagam com as mesmas características das ondas originais. Esse princípio está presente na explicação do fenômeno de:

Infere-se do gráfico apresentado que o cone do tipo A é mais sensibilizado por cores azuis do espectro eletromagnético, ao passo que cones do tipo C são mais sensíveis à percepção de cores vermelhas.

Reduzindo-se a força de tensão T na corda vibrante à metade, a frequência da onda na corda também será reduzida à metade.

Muitos instrumentos musicais, como o piano, geram sons a partir da excitação de cordas com extremidades fixas. Ao pressionar uma tecla do piano, um dispositivo mecânico percute uma corda tensionada, produzindo uma onda sonora. O som produzido pelo piano em um determinado instante de tempo é captado e a sua decomposição espectral é fornecida no gráfico a seguir, à respeito do qual são feitas três sentenças.

I. Para gerar um espectro sonoro dessa natureza é necessário acionar 5 teclas do piano.

II. A velocidade de propagação de cada nota no ar é proporcional à sua frequência característica.

II. A frequência fundamental da corda, sujeita a uma tensão T, é inversamente proporcional à sua densidade linear de massa.

Assinale a alternativa correta.

Frequência (Hz)

A equação de uma onda periódica harmônica se propagando em um meio unidimensional é dada, em unidades do SI, por y(x,t) = π² cos(80πt - 2πx).

Nessas condições, são feitas as seguintes afirmativas sobre essa onda:

I) O comprimento de onda é 2 m.

II) A velocidade de propagação é 40 m/s.

III) A frequência é 50 Hz.

IV) O período de oscilação é 2,5∙10^-2 s.

V) A amplitude de onda é de π m e a onda se propaga para a direita.

São corretas apenas as afirmativas

Um perito da especialidade engenharia eletrônica está usando um osciloscópio em uma investigação que envolve um experimento e precisou realizar algumas medições. Nesse contexto, a figura a seguir ilustra a tela do osciloscópio utilizado:

Para produzir a forma de onda mostrada, a varredura foi ajustada de modo que o feixe gaste 0,2 ms para ir de A para B. Nessas condições, a frequência de onda é igual ao seguinte valor:

Em 1923, Arthur Compton realizou um experimento que constava de provocar o espalhamento de raios X, em um alvo de carbono, e verificar o ângulo de espalhamento do raio X, bem como seu comprimento de onda (λ'), sendo que seus resultados estão apresentados na figura abaixo.

Fonte: (Halliday,D.; Resnick, R.; Walker, J. Fundamentos de Física, V.4.).

A partir da observação dos raios espalhados, foi possível se estabelecer algumas conclusões:

I. Foi detectado um comprimento de onda (λ') de aproximadamente 71 pm do raio X espalhado, praticamente o mesmo do raio X incidente, que se associou ao espalhamento do raio X por elétrons fortemente ligados aos núcleos de carbono do alvo. Portanto, é necessário considerar a massa do átomo de carbono no comprimento de onda de Compton, o que produz um deslocamento de λ praticamente imperceptível.

II. Podem-se analisar os dados considerando que o feixe de raio X é uma onda eletromagnética e, portanto, deveria produzir oscilações nos elétrons do carbono com a mesma frequência da onda incidente. Dessa forma, as medidas apresentaram dois comprimentos distintos dos raios X espalhados em função da diferença de energia de ligação entre os elétrons em distintas camadas 1s², 2s² e 2p².

III. O fato de ser detectado raio X espalhado com comprimentos de onda menores do que o raio X incidente implica um espalhamento dos fótons do raio X com menor energia, pois os elétrons (considerados inicialmente estacionários no modelo) entram em movimento, o que significa que parte da energia do fóton foi transferida para os elétrons.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

O fato de a luz ser uma onda transversal lhe proporciona a propriedade de

Suponha-se que uma luz com comprimento de onda $\lambda$ =800 nm incida sobre uma fenda estreita e longa. Nesse caso, é correto afirmar que o ângulo $\theta$ do primeiro mínimo da fenda, se a largura da fenda for igual a 0,5 mm, é $\theta =se{n}^{-1}(16\cdot 10^{-4})$.

Instrumentos de sopro e com tubos de ar produzem tons musicais gerando ondas longitudinais estacionárias. Considere um tubo de órgão fechado cuja frequência fundamental é igual a 155 Hz. Considerando a velocidade do som igual a 344 m/s, qual é o comprimento desse tubo fechado?

Durante a pandemia da COVID-19, passou-se a usar na entrada dos lugares públicos um termômetro digital óptico para verificar se a pessoa que vai entrar no local não está no estado febril. Esse termômetro não necessita estar em contato com a pele da pessoa examinada, pois o mesmo mede a radiação térmica do corpo da pessoa.

É costume apontar para a testa de quem será examinado, pois normalmente é uma área que está descoberta. Porém, vários vídeos circularam nas redes sociais dizendo que essa prática era perigosa, pois os raios “emitidos” pelo termômetro, segundo os vídeos, poderiam prejudicar os neurônios das pessoas examinadas. Isso não tem nenhum fundamento, pois o termômetro não emite, mas sim, mede a irradiação eletromagnética emitida pela pessoa, através de um sensor ajustado para a faixa de frequência, cujo valor é proporcional à temperatura.

No espectro das ondas eletromagnéticas essa faixa de funcionamento do sensor do termômetro é chamada de

O gráfico representa um movimento ondulatório periódico, onde o eixo horizontal denota o tempo em segundos e o vertical a variação do módulo da amplitude.

Assinale a equação que representa corretamente o gráfico.