Uma pessoa em um carro toca um trompete a
. O carro move-se na direção de uma parede a
. Calcule (a) a freqüência do som que alcança a parede e (b) a freqüência do som refletido que retorna para a fonte.
Passo 1
Então, a gente tem uma pessoa dentro de um carro que está tocando um trompete com frequência de
. O carro está se movendo em direção a uma parede a uma velocidade de
. Vamos usar o Efeito Doppler, que explica como a frequência do som muda quando a fonte ou o observador estão em movimento. Precisamos calcular duas coisas:
(a) a frequência do som que chega na parede, e
(b) a frequência do som que volta refletida para a pessoa.
(a) a frequência do som que chega na parede, e
(b) a frequência do som que volta refletida para a pessoa.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a frequência que chega na parede. Como o carro está se movendo em direção à parede, a frequência percebida pela parede será maior que a frequência emitida. A fórmula do Efeito Doppler para uma fonte em movimento em direção a um observador estacionário é:
Onde:
-
é a frequência percebida, -
é a frequência emitida, -
é a velocidade do som no ar, -
é a velocidade do observador em relação ao meio (no caso, a parede está estacionária, então ).
Passo 3
Considerando que a parede está parada, a frequência que a parede “ouve” é apenas afetada pela velocidade do carro. Vamos usar a velocidade do som no ar, que é aproximadamente
. Substituindo os valores na fórmula:
Passo 4
Calculando essa expressão:
Então, a frequência que chega na parede é aproximadamente
.
Passo 5
Agora, vamos calcular a frequência que retorna para a fonte após a reflexão na parede. A parede reflete o som como se fosse uma nova fonte sonora. Nesse caso, a parede está efetivamente um observador estacionário e a fonte (a parede refletora) está se movendo em relação à pessoa que está no carro. Usamos novamente a fórmula do Efeito Doppler:
Dessa vez, a pessoa está se movendo em direção à fonte refletida, então
.
Passo 6
Substituindo os valores:
Calculando essa expressão:
Resposta
A frequência do som que alcança a parede é aproximadamente
e a frequência do som refletido que retorna para a fonte é aproximadamente
.
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