Questões de Concurso sobre Ondulatória

Um estudante de Licenciatura Plena em Física fixou a extremidade superior de uma corda de 2,5 m de comprimento e de massa 0,2 kg no teto do laboratório de física experimental. Na ponta inferior, dependurou um corpo de massa m, de maneira que a corda ficasse tensionada. Em seguida, aproximou-se da corda e a puxou suavemente, provocando ondas transversais que se deslocam para cima de acordo com a equação abaixo:

$y\left(x,t\right)=\left(4,25mm\right)\cos \left[\left(172,0\frac{rad}{m}\right)x-\left(1365\frac{rad}{s}\right)t\right]$

Com relação às características do movimento dessa onda, são feitas as seguintes afirmativas:

I – A velocidade de propagação da onda é de 7,93 m/s.

II – O tempo necessário para o pulso da onda percorrer toda a extensão da corda foi de 1,0 s.

III – O comprimento de onda vale 0,036 m.

IV – A tensão na extremidade superior da corda vale aproximadamente 5,0 N.

Está (ão) CORRETA(S) apenas a(s) afirmativa(s):

Duas fontes sonoras F₁ e F₂, distantes uma da outra, emitem sons em fase e em uníssono de frequência 1360 Hz. A 6,0 m da fonte F₂, um observador localizado em O e dotado de um decibelímetro bastante sensível, afirma estar registrando sons bem fortes, mais fortes do que nos pontos bem próximos de si. De acordo com a figura, o observador se encontra mais perto da fonte F₂ do que de F₁ . O experimento acontece no ar onde a velocidade do som é de 340 m/s.

Assinale a alternativa que exibe uma distância, em metros, do observador até a fonte F₁, satisfazendo as condições descritas.

O comprimento de onda emitido por esse laser é maior que 1.200 nm.

No experimento realizado, não ocorre o fenômeno da difração.

A equação fundamental da mecânica quântica proposta por Schrödinger tem papel análogo ao da equação da mecânica de Newton. Para obter a equação de Schrödinger, não se pode partir de equações da mecânica clássica, mas sim de uma série de postulados. Um importante postulado para a definição de uma função de onda é o de que ela deve ser linear. São postulados que também servem para a definição de uma função de onda desejável para a equação de Schrödinger as equações:

I. $\frac{dp}{dt}=m\frac{d^{2}x}{d{t}^2}$

II. 𝜆 = $\frac{h}{p}$

III. 𝐸 = 𝑚(𝜆𝑓)²

IV. 𝑓 = $\frac{E}{h}$

V. 𝐸𝑎 = 𝐾_𝑢𝑠𝑒𝑛²$\theta$

VI. 𝐸 = $\frac{p^2}{2m}$ + 𝑉

Quais estão corretas?

Segundo Aureliano, Santis e Faustino (2015), “o pêndulo de Foucault consiste em um dispositivo composto por uma massa m suspensa por um fio l, onde seu ponto de apoio é livre para girar. A princípio, a expectativa era que o pêndulo oscilasse em um movimento retilíneo em um único plano vertical. No entanto, o que foi observado é que a oscilação do pêndulo parecia girar com o tempo, mudando sua direção em relação a esse plano considerado”. O pêndulo de Foucault é uma evidência do/a:

O ouvido humano é capaz de perceber melhor os sons na frequência entre:

As diferentes cores observadas em um arco-íris após um dia de chuva representam os vários comprimentos de onda que compõem o espectro visível da luz, ou seja, a luz proveniente do Sol é policromática.

De forma geral, pode-se enxergar frequências luminosas que variam de 450x10¹²Hz a 680x10¹² Hz. A tabela a seguir mostra alguns comprimentos de ondas, medidos em nm(nanômetro), de algumas cores de luzes que se propagam no vácuo. (Dado: 1nm = 10^-9 m)

Disponível em: https://www.infoescola.com/fisica/espectro-visivel/. Acesso em: 13 de outubro de 2022.

Sabendo-se que a velocidade da luz no vácuo tem um valor aproximado de c = 3x10⁸m/s, assinale a alternativa que classifica CORRETAMENTE a cor de uma determinada frequência luminosa f = 500x 0¹²Hz de acordo com a tabela apresentada.

A frequência de uma onda eletromagnética com módulo de velocidade igual a 300.000 km/s e comprimento de onda de 2 × $10^{-7}$ m é igual a 1,5 × $10^{15}$ Hz.

O som é uma onda mecânica longitudinal e, portanto, necessita de um meio material para se propagar. A faixa de frequência audível para os seres humanos é entre 20 Hz e 20.000 Hz. Considerando a velocidade do som no ar de 340 m/s, qual é o maior comprimento de onda sonora que se pode ouvir?

Qualquer recipiente que contenha água possui sempre um período de oscilação que lhe é próprio, condicionado pela forma do recipiente. No caso de uma bacia oceânica fechada de seção retangular e de comprimento $l$, cuja profundidade (h) seja muito superior à amplitude da oscilação (denominada oscilação estacionária), o período próprio (T) dessa oscilação na referida bacia pode ser expresso por:

Dado: g = aceleração da gravidade.

Os oceanos são um exemplo de fenômeno complexo cuja análise hoje incorpora muito da linguagem da física moderna como a análise espectral (popularizada em problemas como o do espectro do corpo negro).

No gráfico abaixo extraído do canal de ciência Veritasium, é apresentada a composição de frequências de onda (espectro) de três regiões distintas do Oceano Atlântico: Mar do norte (pico bastante pronunciado), atlântico médio (pico intermediário) e atlântico norte.

Os espectros são obtidos a partir do sensoriamento das oscilações das ondas ao longo do tempo (em m) em cada região.

Fonte: https://youtu.be/pir_muTzYM8

Considere as afirmativas a seguir.

I. A técnica muito importante para decomposição das frequências de um sinal, utilizada em praticamente todas as áreas da ciência moderna, foi desenvolvida originalmente no trabalho de Joseph Fourier estudando inicialmente a propagação de calor.

II. Ondas no mar tem sua velocidade de propagação dependente da profundidade local.

III. Se um observador observa uma onda superficial (harmônica, bem definida) se deslocando em um trecho com velocidade de cerca de 10m/s com a frequência igual àquela mais presente nos espectros de todas as regiões, então a distância entre duas cristas sucessivas está na escala de 1m (metro).

Estão corretas as afirmativas:

Analise as afirmativas abaixo sobre as ondas estacionárias e assinale a alternativa correta.

I. Formam-se ondas estacionárias pela superposição de duas ondas com a mesma amplitude e a mesma frequência, mas sentidos opostos de propagação.

II. Em uma corda fixa em uma das extremidades, a frequência do segundo harmônico é duas vezes a frequência do modo fundamental.

III. Em uma corda fixa nas duas extremidades, a velocidade da onda é diferente em cada harmônico.

IV. Em uma corda fixa nas duas extremidades, a frequência do terceiro harmônico é três vezes a do primeiro.

V. Em um tubo aberto nas duas extremidades, a condição de onda estacionária coincide com a da corda fixa em uma das extremidades.

É um fato conhecido que qualquer tipo de onda pode transportar energia sem que haja transporte de matéria. Portanto, podemos associar a uma onda uma taxa média com a qual a energia é transmitida. Considere uma onda estabelecida em uma corda propagando-se em um determinado meio. Se, ao mudar de meio, a velocidade da onda dobrar e sua amplitude for reduzida pela metade, como a potência média será afetada?

Uma corda de 15 g e 1,5m está fixada por uma das extremidades à haste de um dispositivo vibrador ligado a um gerador de áudio, que a faz oscilar transversalmente, com amplitude de 3 cm e frequência de 5Hz. Uma tensão de 4N é mantida na corda por meio de um bloco e uma polia, conforme ilustrado na figura abaixo.

Fonte: Adaptada de http://demonstracoes.fisica.ufmg.br/demo/59/3B22.10-Ondas-estacionarias-em-uma-corda

Sabe-se que o deslocamento transversal y da onda, em função do tempo (t) para um ponto da corda localizado a uma distância (x) da extremidade fixa à haste do dispositivo vibrador, no intervalo de tempo em que a onda ainda não chegou à extremidade oposta, é dado pela função:

𝑦(𝑥,𝑡) = 𝐴𝑐𝑜𝑠(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡 + 𝜙)

Considere que o no instante inicial a haste do dispositivo está a uma altura de 1,5 cm acima da posição ilustrada na figura. Assinale a alternativa que descreve a função y(x,t), para as condições específicas desse problema.

Considere um corpo negro que emite radiação eletromagnética, cujo pico de emissão é determinado pelo comprimento de onda λ_máx de acordo com a lei de Wien. Suponha que esse corpo negro possua uma temperatura T. Com base nessas informações, assinale a alternativa que melhor descreve a relação entre a potência radiante por unidade de área P/A (também conhecida como densidade de potência, calculada pela lei de Stefan-Boltzmann) para dois corpos negros diferentes, onde o comprimento de onda de máxima emissão 𝜆₂ é o dobro do comprimento de onda de máxima emissão 𝜆₁.

Quanto à natureza, as ondas podem ser classificadas em mecânicas e em eletromagnéticas. A radiação eletromagnética possui uma faixa extensa de frequência, desde infravermelho até raios cósmicos, e essa faixa é denominada espectro eletromagnético. A radiografia industrial é amplamente utilizada para detectar falhas em equipamentos que exigem alta confiabilidade, como gasodutos que transportam óleo à alta pressão, caldeiras de vapor e equipamentos de refinaria.

A radiografia industrial utiliza onda eletromagnética da seguinte região do espectro eletromagnético:

Vários são os casos particulares no estudo de interação entre cargas elétricas e campos magnéticos. Cargas lançadas perpendicularmente ao campo magnético (velocidade perpendicular ao campo) descrevem um movimento específico. Assinale a alternativa que apresenta o movimento que uma partícula produz quando lançada perpendicularmente ao campo magnético.

Os processos de comunicação esboçados em (A) e (B) usam ondas mecânicas, e o processo de comunicação em (C) ocorre via ondas eletromagnéticas.

A luz é um tipo de onda capaz de estimular nosso cérebro por meio de nosso sistema de visão, estímulo que só acontece dentro de uma faixa bem restrita de comprimentos de onda; essa faixa vai de 4.10${}^{-7}$m, que corresponde à cor violeta, até 7.10${}^{-7}$m, correspondente ao vermelho.

A luz é uma onda