Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 2.1 - Ex. 120
Imagine que você está de pé sobre um poço dos desejos, desejando que você pudesse saber a profundidade da superfície da água. Sabiamente, você faz o seu desejo. Então você pega uma moeda do seu bolso e solta no poço. Exatamente três segundos depois de soltar a moeda, você ouve o som que ela fez ao atingir a água. Se a velocidade do som é , qual a profundidade da superfície? Desconsidere quaisquer efeitos devidos à resistência do ar.
Passo 1
Vamos começar encontrando uma expressão para o tempo que o som leva para viajar a profundidade do poço:
E então, daqueles três segundos que nós demoramos para ouvir o som da água, só uma parte é devido ao trajeto do som até nosso ouvido:
Passo 2
Agora vamos encontrar uma expressão para o tempo de queda da moeda. Quanto tempo um objeto solto do repouso, em queda livre, demora para percorrer uma distância :
E então:
Substituindo isso na fórmula de cima:
Passo 3
Agora é só resolver essa equação. Vamos isolar a raiz quadrada, e então elevar ambos os lados ao quadrado:
E então ficamos com uma equação do segundo grau:
E substituindo os valores numéricos, ficamos com:
Podemos encontrar as raízes usando a fórmula de sempre:
E as duas soluções são e . A primeira solução é grande demais para o caso de um poço, então ficamos apenas com a segunda.
Resposta
A superfície está a de profundidade.