FCM0102 Física II (2011) – Prof. Javier Lista 6: Som

FCM0102 Física II (2011) – Prof. Javier
Lista 6: Som
1. Um truque usado por seu cérebro para determinar a
direção de uma fonte de som se baseia na diferença de
tempo entre a chegada do som na orelha mais próxima
da fonte e a chegada na orelha mais distante. Suponha
que a fonte é distante de modo que o frente de ondas
seja aproximadamente plano quando o alcançar. Seja
D a separação entre suas orelhas. (a) Encontre uma
expressão para a diferença de tempo em termos de D e
o ângulo θ entre o frente de ondas e a linha que une
ambas orelhas. (b) Suponha que você está submerso
na água a 20° C quando uma frente de ondas chega a
você desde sua direita. Baseado só no tempo de
retardo, qual seria o valor aparente do ângulo θ para
seu cérebro?
Frente de
ondas
2. Uma faísca elétrica salta ao longo de uma linha reta
de comprimento L = 10 m, emitindo-se um pulso de
som que viaja radialmente para fora da faísca (a faísca
é dita ser uma fonte linear de som.) O poder da
emissão é Ps = 1,6 x 104 W. (a) Qual é a intensidade I
do som quando a onda alcança uma distância r = 12 m
da faísca? (b) Qual é a taxa temporal Pd em que a
energia da onda de som é interceptada por um detector
acústico de área A = 2,0 cm2, posicionado a uma
distância r = 12 m da faísca?
Faísca
3. Em 1976, o grupo de rock The Who estabeleceu o
recorde do concerto mais ruidoso. O nível do som,
46 m na frente dos sistemas de alto-falantes, foi β2 =
120 dB. Qual é o cociente entre a intensidade do som
produzido pela banda de rock, I2, e a intensidade I1 de
um martelo pneumático que opera num nível de som
β1 = 92 dB?
4. Um cachorro ao ladrar emite cerca de 1 mW de
potência. (a) Se esta potência estiver uniformemente
distribuída em todas as direções, qual o nível de
intensidade a uma distancia de 5 m? (b) Qual seria o
nível de intensidade de dois cachorros latindo em
uníssono, cada qual emitindo a 1 mW de potência?
5. Quando um diapasão de freqüência 500 Hz e
mantido em frente da boca de um tubo, como na
figura, ocorre ressonância quando o nível de água está
distante 16,0, 50,5, 85,0 e 119,5 cm da boca do tubo.
Qual a velocidade do som no ar? (b) A que distância
da boca do tubo está um nó de pressão?
6. Um alto-falante de um aparelho de som emite 1 W
de potência sonora na freqüência ν = 100 Hz.
Admitindo que o som se distribui uniformemente em
todas as direções, determine, num ponto situado a 2 m
de distância do alto-falante: (a) o nível sonoro em db;
(b) a amplitude de pressão; (c) a amplitude de
deslocamento. Tome a densidade do ar como
1,3 kg/m3 e a velocidade do som como 340 m/s. (d) A
que distância do alto-falante o nível sonoro estaria 10
db abaixo do calculado em (a)?
7. Que comprimento deve ter um tubo de órgão aberto
num extremo e fechado no outro para produzir, como
tom fundamental, a nota dó da escala média, ν = 262
Hz, a 15°C, quando a velocidade do som no ar é de
341 m/s?
8. O tubo de Kundt, que costumava ser empregado
para medir a velocidade do som em gases, é um tubo
de vidro que contém o gás, fechado numa extremidade
por uma tampa M que se faz vibrar com uma
freqüência ν conhecida (por exemplo, acoplando-a a
um alto-falante) e na outra por um pistão P que se faz
deslizar, variando o comprimento do tubo. O tubo
contém um pó fino (serragem, por exemplo). Ajustase o comprimento do tubo com o auxilio do pistão até
que ele entre em ressonância com a freqüência ν, o
que se nota pelo reforço da intensidade sonora
emitida. Observa-se então que o pó fica acumulado
em montículos igualmente espaçados, de espaçamento
Δl (veja figura), que se pode medir. (a) A que
correspondem as posições dos topos dos montículos?
(b) Qual é a relação entre Δl, ν e a velocidade do som
no gás vg? (c) Com o tubo cheio de CO2 a 20°C e ν =
880 Hz, o espaçamento médio medido é de 15,2 cm.
Qual é a velocidade do som no CO2 a 20°C?
a freqüência mais alta ouvida por um observador em
repouso a grande distância do centro do círculo?
14. Dispara-se uma bala com velocidade de 660 m/s.
Determine o ângulo formado pelo cone de choque
com a linha do movimento do projétil.
15. Um avião voa a 396 m/s, a altitude constante. O
estrondo sônico alcança um observador no chão 12,0 s
depois de o avião passar. Determine a altitude do
avião. Suponha que a velocidade do som seja de 330
m/s.
16. Um alarme acústico contra assalto consiste em
uma fonte que emite ondas de 28,3 kHz de freqüência.
Qual será a freqüência de batimento das ondas
refletidas por um intruso que se afaste do alarme a
0,95 m/s?
9. Um túnel reto em uma montanha amplifica
grandemente sons de 135 e de 138 Hz. Determine o
menor comprimento possível do túnel.
17. Dois estudantes, cada qual com um diapasão de
440 Hz, afastam-se um do outro com velocidades
iguais (em relação ao solo). Qual deve ser a
velocidade de cada um para que ouçam uma
freqüência de batimento de 2 Hz?
10. Um alto-falante (suposto puntiforme) emite 31,6
W de potência acústica. Um microfone pequeno de
área de seção transversal efetiva de 75,2 mm2 está
localizado a 194 m do alto-falante. Calcule: (a) a
intensidade sonora no microfone; (b) a potência
incidente no microfone; e (c) a quantidade de energia
que chega ao microfone durante 25,0 min.
18. Numa estrada de montanha, ao aproximar-se, de
um paredão vertical que a estrada irá contornar, um
motorista vem buzinando. O eco vindo do paredão
interfere com o som da buzina, produzindo 5
batimentos por segundo. Sabendo-se que a freqüência
da buzina é de 200 Hz e a velocidade do som no ar é
de 340 m/s, qual é a velocidade do carro (em km/h)?
11. A corda de um violino, que deveria emitir a nota
lá, está excessivamente esticada. Quatro batimentos
por segundo são escutados quando ela vibra
juntamente com um diapasão que emite a nota lá (440
Hz). Qual é o período de vibração da corda de
violino?
Respostas:
12. As turbinas de um avião a jato, que se move a
193 m/s, emitem um zumbido à freqüência de
15,8 kHz. Que freqüência será ouvida por um piloto
de um segundo avião que tenta ultrapassar o primeiro
à velocidade de 246 m/s?
13. Um apito de freqüência de 538 Hz se move num
círculo de raio de 71,2 cm com velocidade angular de
14,7 rad/s. Quais são: (a) a freqüência mais baixa; (b)
1. (a) Δt = Dsenθ/v; (b) 13°
2. (a) 21 W/m2; (b) 4,2 mW
3. I2/I1 = 630
4. (a) 65,0 dB; (b) 68,0 dB
5. (a) 345 m/s; (b) 1,25 cm
6. (a) 103 db; (b) 4,2 N/m2; (c) 0,015 mm; (d) 6,3 m
7. 32,5 cm
8. (b) vg = 2νΔl; (c) 267,5 m/s
9. 57,2 m
10. (a) 66,8 μW/m2; (b) 5,02nW; (c) 7,53μJ
11. 2,25 ms
12. 10,4 kHz
13. (a) 522Hz; (b) 554Hz
14. 31°
15. 7,16 km
16. 160 Hz
17. 0,773 m/s
18. 15 km/h
Material adicional disponível: http://www.gradaluno.ifsc.usp.br/
Data
Assunto
FÍSICA E MUSICOLOGIA
27/09/2011
Arquivo: violino267.pdf
27/09/2011
A física do violino
Arquivo: A fisica do violino.pdf
---Æ Física II Turma 6