Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 15.Exercícios - Ex. 41
Uma corda fina, esticada, presa nas duas extremidades e oscilando em seu terceiro harmônico possui a forma descrita pela equação , onde a origem está na extremidade esquerda da corda, o eixo está na corda e o eixo é perpendicular à corda. (a) Desenhe um diagrama que mostre o padrão da onda estacionária. (b) Calcule a amplitude das duas ondas progressivas que compõem essa onda estacionária. (c) Qual é o comprimento da corda? (d) Calcule o comprimento de onda, a frequência, o período e a velocidade das ondas progressivas. (e) Calcule a velocidade transversal máxima de um ponto na corda. (f) Qual seria a equação para essa corda se ela estivesse vibrando em seu oitavo harmônico?
Passo 1
Selvaaaaaaaaaa galerinha, isso mesmo selva haha, tudo certinho??
“Hulk esmaga”, Bora esmagar essa questãozinha comigo?
- O terceiro harmônico é aquele no qual temos três nós na corda, certo? Então temos na corda e o desenho está aqui embaixo:
- A equação da onda é:
- Como vimos no passo , temos comprimentos de onda no terceiro harmônico. Como a distância entre as extremidades vale :
- Como sabemos que e o tamanho da corda é , ficou tranquilo encontrar o comprimento de onda:
- A velocidade transversal está relacionada com a amplitude e com a frequência angular:
- Para determinar a equação para o oitavo harmônico precisamos determinar , comprimento de onda , e correspondentes.
Passo 2
E em comparação com a equação geral da onda temos que a amplitude da onda estacionária é . Assim a amplitude da onda é a metade da amplitude da onda estacionária:
Passo 3
E o comprimento de onda está relacionado com o número de onda :
E em comparação com a equação geral, temos que , assim conseguimos calcular o valor de :
Passo 4
A frequência pode ser encontrada a partir de :
O período é o inverso da frequência:
E a velocidade é o produto da frequência pelo comprimento de onda:
Passo 5
Passo 6
Como temos a frequência do terceiro harmônico, podemos calcular a frequência fundamental:
E assim calcular a frequência :
E temos :
E o comprimento de onda:
E agora o número de onda:
Agora podemos construir a equação para o oitavo harmônico:
“OK, isso foi legal.”