onasoptica_serie3.pdf

OndaseOptica,SerieII2008 - Antonio AmorimDadosAuxiliaresVelocidade do som no ar - 343m/s.1. Umfoguetedefogodearticioexplodeaumaalturade100mdochao.Umobservador, nochao, imediatamenteporbaixodaexplosao, detectauma intensidade sonora em media de 7 102W/m2durante 0.2s.a)Qual a energia total do som da explosao?b)Qual o nvel de som (em decibeis dB) ouvido pelo observador?2. Um cantico na igreja tem um nvel de som e de 101dB. O som nao passaas paredes da igreja, no entanto e habitual na missa de domingo de manhadeixar as janelas e as portas abertas. Considerando a area total das janelase das portas 22m2,a)Qual a energia de som radiada em 20min?b)Supondoqueochaoeumoptimoreectorequeosomsepropagauniformementeemtodasasdireccoes(horizontaiseverticais). De-termine o nvel de som a 1km de distancia.3. Umcomboiomove-separalelamente`aautoestradacomvelocidadecons-tantede20m/s. Umcarromove-se,namesmadireccao,comumavelo-cidade de 40m/s. A buzina do carro tem uma frequencia de 510Hz,e oapito do comboio tem uma frequencia de 320Hz.a)Quandoocarroestaatrasdocomboio, qualafrequenciadosomdoapito do comboio que chega ao condutor do carro?b)Apos a ultrapassagem o carro encontra-se `a frente do comboio, qual afrequencia do som da buzina que chega aos passageiros do comboio?4. Nas olmpiadas de inverno um atleta desce uma pista de ski enquanto numacampainhanocimodaparedetocaumalarmecontinuamente. Quandopassa a campainha o atleta ouve o som do alarme decair para um intervalomusical - o terceiro menor. O que signica que a frequencia que ele ouvedesceu para 5/6 da frequencia original.a)Calcule a velocidade do som no ar na temperatura ambiente do ginasio- 10oC.b)Qual a velocidade do atleta?Tenha em atencao que:v = (331m/s)

1 +tc273C5. No circo, uma chicotada verica a condicaovf/v = 1.38. Qual o anguloentre a onda de choque e a direccao do movimento do chicote.16. Assumindo que um altifalante emite som igualmente em todas as direccoese que produz um som de 130dBa uma distancia de 1.6m do altifalante.a)Descubra a potencia de sada do altifalante.b)O vendedor do altifalante arma fornecer 150Wpor canal (potencia deentrada). Qual o rendimento do altifalante. Note que o rendimentomede a fraccao da potencia de entrada que e convertida em potenciade sada.7. Um apito de comboio (f= 400Hz) e mais forte e mais fraco conforme ocomboio se aproxima e se afasta.a)Demonstrequeadiferencanafrequenciaentreoapitodocomboioaaproximar e afastar e dada pela equacao:f=2 u/v1 u2/v2 fOndeu e a velocidade do comboio ev a velocidade do som.b)Calculeadiferencaentreumcomboioamover-seaumavelocidadede130km/h. (Paraesteexerccio, considereavelocidadedosom340m/s)8. Uma sirene cria um som com um nvel a uma distancia d do altifalante.A sirene tem uma bateria que fornece um total de energia E. e representao rendimento da sirene. (e =PoutputPfornecida) Determina o tempo total duranteo qual a sirene toca.9. A equacao de Doppler e valida quando o movimento do observador e dafonte se dao numa mesma direccao. Assim,a fonte e o observador ou seafastam ou se juntam segundo uma mesma linha. Quando nao se vericaesta condicao e aconselhavel utilizar a seguinte expressao:f

=

v + v0 cos 0v vs cos s

Onde0essao denidos na Figura 1a)Mostre que se o observador e a fonte estao a distanciar-se um do outro,jasepodereduzir aequacaoanterior `aequacaodeDoppler comvalores negativos parav0evs.b)Useaequacaodoenunciadopararesolveroseguinteproblema: Umcomboio move-se a uma velocidade constante de 25m/s em direccao`a estacao. Um carro parou num cruzamento, a 30m dos carris. Se oapitodocomboiotemumafrequenciade500Hz,qualafrequenciaque os passageiros do carro ouvem quando o comboio esta a 40m docruzamento? (Utilizeovalordavelocidadedosomestipuladonosdados)2Figura 1: Efeito de Doppler em 3 D.3