Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 16.Exercícios - Ex. 54
A sirene de um carro de bombeiro dirigindo-se para o norte a 30,0 m/s emite um som com frequência de 2.000 Hz. Um caminhão à frente desse carro está se deslocando para o norte a 20,0 m/s. (a) Qual é a frequência do som da sirene que o motorista do carro escuta refletida da traseira do caminhão? (b) Que comprimento de onda esse motorista mediria para essas ondas sonoras refletidas?
Passo 1
Fala galera, bora lá!
(a) Para a resolução desta questão será utilizada a relação estabelecida entre as frequências da fonte sonora e do observador devido à ação do efeito Doppler, que equivale a:
: frequência aparente ouvida pelo observador
: frequência real emitida pela fonte
: velocidade do som no meio considerado
: velocidade do observador
: velocidade da fonte sonora
Passo 2
Para este caso, haverá dois desvios Doppler, onde no primeiro a traseira do caminhão funciona como um "ouvinte" e a frequência do som que atinge a traseira do caminhão será maior, pois há aproximação entre os dois agentes do problema. Já no segundo desvio, a traseira do caminhão funciona como uma fonte de som com frequência , e o ouvinte é o motorista do carro de bombeiro, que ouve uma frequência maior que , pois se aproxima da fonte.
Passo 3
Determina-se (considerando o primeiro desvio Doppler), ciente de que a velocidade da fonte (carro) e do observador (caminhão) serão negativas (por estarem contrárias ao eixo orientado do observador à fonte):
Passo 4
Determina-se a frequência refletida ao motorista pela traseira do caminhão no segundo desvio Doppler, ciente de que a velocidade da fonte (caminhão) e do observador (carro) serão positivas (por estarem no mesmo sentido do eixo orientado do observador à fonte):
Logo, a frequência da onda sonora da sirene refletida pela traseira do caminhão ao motorista equivale a:
Passo 5
(b) Para a resolução desta questão será utilizada a relação estabelecida entre as frequências da fonte sonora e do observador devido à ação do efeito Doppler, dita no passo 1.
Em razão do movimento do caminhão (fonte sonora) no segundo desvio Doppler, os comprimentos das ondas serão distendidos e são dados segundo a formulação abaixo:
Passo 6
Logo, com tais dados em mãos, determina-se:
Sendo assim, o comprimento da onda refletida pela traseira do caminhão ao motorista do carro equivale a:
Resposta
O comprimento da onda refletida pela traseira do caminhão ao motorista do carro equivale a