Enunciado

Uma fonte pontual que está parada em um eixo x emite uma onda sonora senoidal com uma frequência de 686 H z e uma velocidade de 343 m / s . 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. ( a ) Qual é a distância, ao longo do eixo x , entre frentes de onda vizinhas? Suponha que a fonte passa a se mover ao longo do eixo x com uma velocidade de 110 m / s . Qual é a distância, ao longo do eixo x , entre as frentes de onda ( b ) na frente e c atrás da fonte?

Passo 1

A distância entre frententes de onda é o comprimento de onda λ . Da velocidade de propagação temos:

v = λ f

λ = v f

λ = 343 686 = 0,5 m

Assim a distância entre frentes vizinhas é 0,5   m e t r o s .

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 ( v o = 0 ). Então o sinal da velocidade da fonte v f será negativo.

O deslocamento da frequência do observador vai ser de:

f o = f f v ± v o v ± v f

f o = 686 . 343 34 3 - 100

f o = 968,30 H z

E o novo comprimento de onda vai ser:

λ = 343 968,30 = 0,35 m

Portanto, a distância entre frentes consecutivas de onda que estão a frente da fonte é de 0,64   m e t r o s .

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:

f o = f f v ± v o v ± v f

f o = 686 . 343 343 + 100

f o = 531,14 H z

E o comprimento de onda correspondente é:

λ = v f = 343 531,14

λ = 0,64 m

Portanto, a distância entre frentes consecutivas de onda que estão atrás da fonte é de 0,35   m e t r o s .

Resposta

a 0,5 m

b 0,64 m

c 0,35 m

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