Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 15.Exercícios - Ex. 6
Um pescador observa que seu barco está se movendo para cima e para baixo periodicamente, em razão das ondas na superfície da água. Passam-se 2,5 s para que o barco vá do seu ponto mais alto para o mais baixo, uma distância total de 0,53 m. O pescador observa que as cristas da onda estão afastadas por 4,8 m. (a) Com que velocidade as ondas estão se deslocando? (b) Qual é a amplitude de cada onda? (e) Se a distância vertical total atravessada pelo barco fosse 0,30 m, mas os outros dados permanecessem iguais, quais seriam suas respostas aos itens (a) e (b)?
Passo 1
Falaaaa moçadinha, show de bola?
Como diz o Homem de ferro “Eu tenho um plano. Ataque!”
Bora atacar esse problemaaaaaaa junto comigoo.
Para resolver este problema, vamos colocar em prática nosso conhecimento sobre ondas periódicas.
Em especial, ao longo desta resolução, devemos nos lembrar que a amplitude nada mais é que a metade da distância vertical entre uma crista e um vale e, além disso, utilizaremos as seguintes relações:
Em que ƒ é a frequência, T é o período, é a velocidade da onda e é o comprimento da onda.
- Neste item, calcularemos a velocidade com a qual estão se deslocando.
- Nesta alternativa, determinaremos a amplitude de cada onda.
- Por fim, neste item, consideraremos que a distância vertical total atravessada pelo barco fosse 0.30 m, mas que os outros dados permanecem iguais, e calcularemos quais seriam as respostas dos itens a) e b).
Temos que o período, neste caso, equivale ao tempo necessário para o barco ir do ponto mais alto para o mais baixo e retornar novamente ao ponto mais alto.
Sabendo que o tempo necessário para que o barco vá do seu ponto mais alto para o mais baixo é de 2.5 s, tem-se que:
Aplicando, este valor na equação da frequência, teremos
Passo 2
Ademais, sabendo que o comprimento de onda equivale a distância entre duas cristas sucessivas vem que .
Daí uma vez conhecidos os valores da frequência e do comprimento de onda, podemos calcular o valor da velocidade delas por meio da segunda equação apresentada na introdução desta resolução.
Aplicando-a:
Portanto, a onda está se deslocando com uma velocidade
Passo 3
Por definição, amplitude equivale à metade do deslocamento vertical total imprimido pelo barco.
Deste modo, tem-se que:
Deste modo, tem-se que a amplitude de cada onda é
Passo 4
Com a alteração da altura vertical e a conservação dos demais dados, a velocidade da onda se mantém, pois ela não depende dos parâmetros alterados.
Por sua vez, como a amplitude equivale à metade do deslocamento vertical reproduzido pelo barco, o novo valor da amplitude será:
Portanto, considerando que a distância vertical total atravessada pelo barco fosse , mas que os outros dados permanecem iguais, a velocidade e a amplitude das ondas seriam,
respectivamente,
“Às vezes é preciso aprender a correr antes de começar a andar”
Resposta
- Portanto, a onda está se deslocando com uma velocidade
- Deste modo, tem-se que a amplitude de cada onda é
- .