Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 16.Exercício - Ex. 40
Duas cordas idênticas sob a mesma tensão possuem uma frequência fundamental igual a . A seguir, a tensão em uma delas é aumentada em um valor bastante pequeno . a) Se elas são tocadas ao memso tempo em sua frequência fundamental, mostre que a frequência do batimento produzida é . b) Duas cordas de violino idênticas, quando estão em ressonância e esticadas com a mesma tensão, possuem uma frequência fundamental igual a . Uma das cordas é afinada novamente, tendo sua tensão aumentada. Quando isso é feito, ouvimos batimento por segundo quando as duas cordas são puxadas simultaneamente em seus centros. Em que porcentagem variou a tensão na corda?
Passo 1
A velocidade da onda em uma corda aumenta se aumentarmos a tensão, com isso a frequência muda de uma corda para a outra, e então ocorrem batimentos. Vamos precisar da equação de frequência para uma corda esticada:
E da equação de batimento:
Passo 2
Como a questão diz que o aumento de tensão é bastante pequeno , podemos escrever a tensão da equação assim:
Sendo a tensão antes do aumento.
A equação da frequência então fica:
E da frequência antes do aumento:
Passo 3
Substituindo as duas na equação de batimento:
Vamos tirar como fator comum:
Passo 4
Como a questão pede a relação entre a frequência dos batimentos e a frequência inicial , vamos dividir a equação por dos dois lados:
Agora cortamos:
E como é muito pequeno, podemos fazer a aproximação:
A equação então fica:
Podemos passar para o outro lado só para ficar igual ao enunciado:
Pronto, mostramos o que a questão pediu.
Passo 5
b) Agora é só usarmos a equação da maneira que escrevemos antes:
E substituir os batimentos e a frequência inicial dadas pelo enunciado e passar o para o outro lado:
Esse vai ser o aumento em porcentagem.