Enunciado

A figura mostra quatro fontes sonoras pontuais isotrópicas uniformemente espaçadas ao longo de um eixo x . As fontes emitem sons de mesmo comprimento de onda λ e mesma amplitude s m e estão em fase. Um ponto P é mostrado sobre o eixo x . Suponha que quando as ondas se propagam até P a amplitude se mantém praticamente constante. Que múltiplo de s m corresponde à amplitude da onda resultante em P se a distância d mostrada na figura é (a) λ / 4 , (b) λ / 2 e (c) λ ?

Passo 1

Show de bolinhas pessoal, o enunciado nos deu uma figura que mostra quatro fontes sonoras pontuais uniformemente espaçadas ao longo de um eixo x . Essas fontes emitem sons de mesmo comprimento de onda λ e mesma amplitude s m , além disso elas estão em dase.

Um ponto P é mostrado no eixo x . Suponha que quando as ondas se propagam até P a amplitude se mantém constante. Sabendo disso, na letra (a), o enunciado quer que a gente encontre qual múltiplo da amplitude s m corresponde à amplitude da onda resultante em P se a distância mostrada na figura é λ / 4 .

Belezoca, o princípio básico da questão é o seguinte: se as ondas estão defasadas por:

Δ x = λ 2 ⇒ Interferência destrutiva

Δ x = λ ⇒ Interferência construtiva

Show de bola, então no caso em que d = λ / 4   , supondo que essa reta onde as fontes estão seja um eixo x em que o zero está sobre a fonte 1 , entre as fontes 3 e 1 teremos:

Δ x 1 - 3 = 2 d - 0

Δ x 1 - 3 = 2 d

Mas como d = λ / 4 , vamos obter:

Δ x 1 - 3 = 2 λ 4

Δ x 1 - 3 = λ 2

Ou seja, interferência destrutiva!

E agora as fontes 2 e 4 :

Δ x 2 - 4 = 3 d - d

Δ x 2 - 4 = 2 d

Ou seja, exatamente a mesma coisa, desse modo também teremos uma interferência destrutiva.

Ou seja, todas as ondas se cancelam, e a amplitude da onda no ponto P é 0 .

Passo 2

Iradoso, agora na letra (b), queremos encontrar a mesma coisa, a não ser que agora teremos d = λ / 2 . Desse modo, vamos obter que:

Entre as fontes 1 e 2 :

Δ x 1 - 2 = d - 0

Δ x 1 - 2 = d

Mas como d = λ / 2 , então:

Δ x 1 - 2 = λ 2

Ou seja, interferência destrutiva!

E a mesma coisa acontece entre as ondas 3 e 4 .

Mais uma vez, a amplitude da onda no ponto P é 0 !

Passo 3

(c) Agora a distância d é igual ao comprimento de onda λ .

Como a defasagem Δ x é igual entre todas as ondas, todas elas vão chegar em fase no ponto P , ou seja, as quatro vão interferir construtivamente.

Por isso a amplitude da onda resultante vai ser a soma das quatro ondas, ou seja:

S m = 4 s m

Onde S m é a amplitude da onda resultante.

Resposta

(a) 0 .

(b) 0 .

(c) 4 .

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