Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 17.Problemas Adicionais - Ex. 98
Uma fonte pontual que está parada em um eixo emite uma onda sonora senoidal com uma frequência de e uma velocidade de . A onda se propaga radialmente, fazendo as moléculas de ar oscilar para perto e para longe da fonte. Defina uma frente de onda como uma linha que liga os pontos nos quais as moléculas de ar possuem o deslocamento máximo para fora na direção radial. Em qualquer instante, as frentes de onda são circunferências concêntricas cujo centro coicide com a posição da fonte. Qual é a distância, ao longo do eixo , entre frentes de onda vizinhas? Suponha que a fonte passa a se mover ao longo do eixo com uma velocidade de . Qual é a distância, ao longo do eixo , entre as frentes de onda na frente e atrás da fonte?
Passo 1
A distância entre frententes de onda é o comprimento de onda . Da velocidade de propagação temos:
Assim a distância entre frentes vizinhas é .
Passo 2
Quando a fonte passa a se movimentar temos, ao seu redor, que levar em conta os efeitos do deslocamento Doppler. Vamos analisar as frentes que estão a frente da fonte.
A fonte estaria em aproximação do observador, que estaria em repouso (). Então o sinal da velocidade da fonte será negativo.
O deslocamento da frequência do observador vai ser de:
E o novo comprimento de onda vai ser:
Portanto, a distância entre frentes consecutivas de onda que estão a frente da fonte é de .
Passo 3
Quando olhamos as frentes de onda que estão atrás da fonte, é como se a fonte estivesse se afastando do observador. Desse modo, a velocidade da fonte vai ter o sinal positivo precedente.
Assim, da fórmula do efeito Doppler, a nova frequência será:
E o comprimento de onda correspondente é:
Portanto, a distância entre frentes consecutivas de onda que estão atrás da fonte é de .