Enunciado

Dois alto-falantes, separados por uma distância d , oscilam em fase, isto é, o deslocamento dos elementos de volume do ar é igual a zero no instante t = 0 para ambos os alto-falantes.

O ouvinte está alinhado com os dois alto-falantes, que emitem uma nota de 500   H z . A intensidade da onda de cada alto-falante no ponto em que está o ouvinte é de 10 - 4   W / m ² . Determine:

a) Os dois menores valores de d para os quais o ouvinte não ouvirá qualquer som proveniente dos alto-falantes

b) Os dois menores valores de d para os quais o ouvinte ouvirá um som com a máxima intensidade

c) O valor da máxima intensidade

d) O nível de intensidade correspondente ao item c

Passo 1

Vamos que vamos

Pra começar, vamos encontrar o comprimento de onda, ele vai ser útil aqui. Sabemos que

λ = v f

Onde v é a velocidade do som, que vale 340   m / s

Então:

λ = 340 500 = 0,68   m

Agora sim, vamos lááá

Passo 2

a) Aqui vamos usar a fórmula de interferência destrutiva de ondas, que é

d λ = n + 1 2

Substituindo os valores, vamos ter:

d = 0,68 . n + 1 2 ,   n = 0,1 , 2 …

Como queremos os 2 menores valores de d , vamos pegar os menores valores de n :

n = 0

d = 0,68 . 0 + 1 2 = 0,34   m

n = 1

d = 0,68 . 1 + 1 2 = 1,02   m

Então, esses são os 2 menores valores de d para os quais o ouvinte não vai escutar nadica de nada

Passo 3

b) Para esse item, vamos usar a interferência construtiva, que a fórmula é

d = n . λ

Substituindo o comprimento da onda:

d = n . 0,68 ,       n = 0,1 , 2 …

Pegando os 2 menores valores de n :

n = 0

d = 0.0,68 = 0

n = 1

d = 1.0,68 = 0,68   m

Então, esses são os menores valores de d para o ouvinte ouvir com a maior intensidade

Passo 4

c) Aqui, vamos usar a fórmula

I = ρ . v . ω 2 . A ² 2

Mas quem é A ² ?

Podemos escrever

A 2 = A 1 2 + 2 . A 1 . A 2 . c o s ⁡ ( ϕ 1 - ϕ 2 ) + A 2 ²

Essa equação nos dá a amplitude resultante quando temos duas ondas de amplitudes A 1 e A 2 e fases ϕ 1 e ϕ 2

Vamos isolar A ² na primeira equação e substituir na segunda:

A 2 = 2 I ρ . v . ω 2

Substituindo:

2 I ρ . v . ω 2 = 2 I 1 ρ . v . ω 2 + 2 . A 1 . A 2 . c o s ⁡ ( ϕ 1 - ϕ 2 ) + 2 I 2 ρ . v . ω 2

Passo 5

Nesse ponto a gente até se assusta com aquela equação gigante, mas calma que dá pra simplificar bem

Com as ondas estão em fase, vamos ter cos ⁡ ϕ 1 - ϕ 2 = 0

2 I ρ . v . ω 2 = 2 I 1 ρ . v . ω 2 + 2 . A 1 . A 2 . 0 + 2 I 2 ρ . v . ω 2

2 I ρ . v . ω 2 = 2 I 1 ρ . v . ω 2 + 2 I 2 ρ . v . ω 2

Cortando o denominador:

2 I = 2 I 1 + 2 I 2

Mas temos que I 1 = I 2 = 10 - 4   W / m ² ! Isso foi dado pelo enunciado

Então:

2 I = 4 × 10 - 4

I = 2 × 10 - 4   W / m ²

Boaaa! Vamos pra última

Passo 6

d) Agora só queremos o nível sonoro, que é calculado assim:

β = 10 . log ⁡ I I 0

β = 10 . log ⁡ 2 × 10 - 4 10 - 12

Então

β = 83   d B

Resposta

a) 0,34 m e 1,02 m

b) 0 m e 0,68 m

c) I = 2 × 10 - 4   W / m ²

d) 83   d B

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