Em uma aula de física, um professor aspira uma pequena quantidade de hélio e começa a falar; o resultado é que a voz do professor soa muito mais aguda que o normal. Qual das opções abaixo é a explicação correta para o fenômeno?
a) A presença de hélio mudou a velocidade do som no ar da sala, tornando todos os sons mais agudos.
b) O professor alterou propositalmente o tom de voz para fazer uma brincadeira com os alunos; o uso do hélio foi apenas um artifício para chamar a atenção da classe.
c) O hélio altera a tensão das cordas vocais, fazendo o comprimento de onda dos sons diminuir, o que leva a um aumento da frequência.
d) A presença do hélio não muda significativamente o comprimento de onda dos sons gerados na garganta e na boca do professor, mas, como a velocidade do som no hélio é cerca de 2,5 vezes maior que no ar, a frequência dos sons é 2,5 vezes maior.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre o professor que inalou hélio e sua voz ficou mais aguda. Nosso objetivo aqui é descobrir por que isso aconteceu. Para resolver, vamos precisar entender um pouco sobre como o som se propaga em diferentes gases e como isso afeta a nossa voz.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o som é uma onda que se propaga por meio de vibrações nas partículas do meio, como o ar. A velocidade com que essas ondas viajam depende do tipo de gás presente. No ar, a velocidade do som é aproximadamente 343 metros por segundo.

Passo 3

Quando o professor inalou hélio, substituiu parte do ar nos pulmões por hélio. O hélio é um gás mais leve que o ar, e isso faz com que a velocidade do som nele seja maior. Especificamente, a velocidade do som no hélio é cerca de 927 metros por segundo, ou seja, aproximadamente 2,7 vezes mais rápido que no ar.

Passo 4

A frequência do som que percebemos (como o tom da voz) está relacionada com a velocidade do som e o comprimento de onda de sua vibração. A fórmula que relaciona essas grandezas é:
v = f times lambda
Onde:
  • é a velocidade do som,
  • é a frequência,
  • é o comprimento de onda.

Passo 5

Se a velocidade do som aumenta e o comprimento de onda se mantém quase o mesmo (já que a vibração das cordas vocais não muda muito), a frequência deve aumentar para equilibrar a equação. Isso significa que a voz fica mais aguda.

Passo 6

Aplicando isso às opções dadas:
  • Opção a) Fala que o hélio mudou a velocidade do som no ar da sala, mas na verdade, o hélio mudou a velocidade do som no ar que saiu dos pulmões do professor, não em toda a sala.
  • Opção b) Diz que foi uma brincadeira, o que não explica o fenômeno físico.
  • Opção c) Menciona a tensão das cordas vocais, mas o principal fator é a velocidade do som no gás inalado.
  • Opção d) Explica que a velocidade do som no hélio é maior, resultando em uma frequência maior, o que está correto.

Resposta

A opção d) está correta.

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