Enunciado

Uma pequena esfera de raio R foi projetada para oscilar de tal mmodo que seu raio varie com MHS entre um valor mínimo R - ∆ R e um valor máximo R + ∆ R com frequência f . Essa oscilação produz ondas sonoras no ar circundante com densidade ρ e modulo de compressão B . a) Ache a intensidade das ondas sonoras na superfície da esfera (a amplitude da oscilação da esfera é a mesma que a do ar em que está em contato com a superfície da esfera). B) Ache a potência acústica total irradiada pela esfera. C) A uma distância d ≫ R do centro da esfera, calcular a amplitude, a amplitude de pressão e a intensidade sonora.

Passo 1

a) O valor mínimo e o valor máximo diferem de R por um incremento | ∆ R | , isso significa que a amplitude A = ∆ R . A intensidade das ondas sonoras será:

I = 1 2 ρ B ω 2 A 2

Ou:

I = 1 2 ρ B 4 π 2 f 2 A 2

Substituindo A :

I = 1 2 ρ B 4 π 2 f 2 ∆ R 2

Passo 2

b) A potência acústica total é o valor da intensidade multiplicado por toda a superfície da esfera, isso é:

P = I 4 π R 2

Substituindo I :

P = 8 π 3 R 2 ρ B f 2 ∆ R 2

Passo 3

c) Vamos usar a lei do quadrado inverso para as intensidades

I R I d = d R 2

Isolamos I d :

I d = I R R d 2

E por fim, substituímos I R que calculamos na letra (a):

I d = R 2 2 d 2 ρ B 4 π 2 f 2 ∆ R 2

E pela equação que relaciona a intensidade com a amplitude de pressão:

I d = p m á x 2 2 ρ B

A amplitude de pressão será:

p m á x = 2 I d ρ B

Substituindo I d :

p m á x = R d 2 π f ∆ R ρ B

E para a amplitude de deslocamento:

p m á x = B k A

A = p m á x B k

Substituindo a amplitude de pressão:

A = R 2 π f ∆ R ρ B B k d

E como k é:

k = 2 π λ

E pela equação da velocidade de uma onda:

v = λ f

k é:

k = 2 π f v

A equação fica:

A = R ∆ R v ρ B B d

Além disso:

v = B ρ

Assim:

A = R d ∆ R

Resposta

a   I = 1 2 ρ B 4 π 2 f 2 ∆ R 2

b   P = 8 π 3 R 2 ρ B f 2 ∆ R 2

c I d = R 2 2 d 2 ρ B 4 π 2 f 2 ∆ R 2

p m á x = R d 2 π f ∆ R ρ B

  A = R d ∆ R

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