Enunciado

Uma onda senoidal se propaga em uma corda com uma velocidade de 40   c m / s . O deslocamento da corda em x = 10   c m varia com o tempo de acordo com a equação y = 5,0   c m . sen ⁡ ( 1,0 - 4,0 s - 1 t ) . A massa específica linear da corda é 4,0   g / c m . Qual é (a) a frequência e (b) o comprimento de onda da onda? Se a equação da onda é da forma y x , t = y m . sen ⁡ ( k x ± ω t ) , determine (c) y m , (d) k , (e) ω e (f) O sinal que precede ω , (g) Qual é a tensão da corda?

Passo 1

Show de bolinhas pessoal, o enunciado nos disse que uma onda senoidal se propaga em uma corda com uma velocidade de 40   cm/s . Sabendo que o deslocamento da corda em x = 10   cm varia com o tempo de acordo com a equação y = 5,0   cm sen ⁡ 1,0 - 4,0   s -1 t e que a massa específica da corda é μ = 4,0   g/cm , o enunciado nos pede pra encontrar na letra (a), a frequência do movimento.

Belezoca, então vamos lá, começamos comparando a equação que foi dada com a forma geral, assim já podemos extrair o máximo de informações desde o início. A forma geral é:

y x , t = y m . sen ⁡ ( k x ± ω t )

E a função da questão é:

y ( 10 , t ) = 5,0 . sen ⁡ ( 1,0 - 4,0 s - 1 t )

Ou seja:

y m = 5,0   cm

ω = 4,0   rad/s

E como a função da questão já tem x = 10   cm substituído, obtemos que:

k x = k 10 = 1,0

Logo:

k = 0,1   rad/cm

E daí já podemos responder a letra (a), que pede a frequência da onda, dada pela equação:

f = ω 2 π

Sendo assim, descobrimos que:

f = 4,0 2 π

f = 0,64   Hz

Passo 2

Iradoso, agora na letra (b) queremos encontrar o comprimento de onda. Sem problemas, vamos usar a definição do número de onda k :

k = 2 π λ

Isolando λ , teremos que:

λ = 2 π k

Como já sabemos que k = 0,1   rad /cm , obtemos que:

λ = 2 π 0,1

λ = 63   cm

Passo 3

Show de bolinhas, agora na letra (c) precisamos determinar o valor da amplitude y m . MAAASS, como é gente é malandro, já descobrimos seu valor lá no Passo 1, de modo que:

y m = 5,0   cm

Passo 4

E na letra (d), como queremos o valor de k , também já calculamos o valor logo no início da questão, desse modo:

k = 0,1   rad/cm

Passo 5

Na letra (e), mais uma vez queremos um valor que já foi calculado só pela comparação das funções. A frequência angular ω é:

ω = 4,0   rad/s

Passo 6

(f) Olhando pra função que foi dada no enunciado:

y = 5,0   cm . sen ⁡ ( 1,0 - 4,0   s -1 t )

E considerando que o ω é o valor que está multiplicando o tempo t , fica fácil ver que o sinal é negativo.

Passo 7

(g) Sempre que ouvir falar na tensão da corda, pense logo nessa fórmula aqui:

v = T μ

Elevando tudo ao quadrado e isolando a tensão, obtemos que:

T = v 2 μ

O enunciado nos deu que a velocidade é v = 40   cm/s = 0,4   m/s e a massa específica linear é μ = 4,0   g/cm = 4,0 × 10 - 1   kg/m , sendo assim, a tensão T será:

T = 0,4 2 4 × 10 - 1

T = 6,4 × 10 - 2   N

Resposta

(a) f = 0,64   Hz

(b) λ = 63   cm

(c) y m = 5,0   cm  

(d) k = 0,1   rad/cm  

(e) ω = 4,0   rad/s  

(f) Negativo

(g) T = 6,4 × 10 - 2   N

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