Exercícios Resolvidos de Intensidade de uma Onda Sonora

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Enunciado

(Capítulo 15.Problemas – Exercícios 50) Uma onda transversal sobre uma corda é dada por y x , t = 0,75 0   c m   s e n   p 250 s - 1 t + 0,4 00   c m - 1 x . a) Ache a amplitude, o período, a frequência, o comprimento de onda e a velocidade de propagação da onda. b) Faça um desenho da corda para os seguintes valores de t : 0,0005     s e 0,0010   s . c) A onda está se deslocando no sentido + x ou no sentido – x ? d) A massa por unidade de comprimento da corda é igual a 0,5 00   k g / m . Ache a tensão e) Ache a potência média transportada por essa onda.

Passo 1

Faaala pessoal! Tudo certinho? Vamos começar?

Essa questão parece ser complicada, mas na verdade é bem simples! Como ele dá pra gente a equação da onda transversal, basta analisarmos o que é pedido em cada um dos itens e utilizar essa equação que foi dada!

Bora lá então! Vamos começar aqui pelo item (a).

A partir da equação da onda podemos determinar a amplitude, o comprimento de onda e a frequência angular. Tá, mas como isso?

A equação genérica de onda se dá por:

y x , t = A   s e n   p ω t + k x

A equação dada no enunciado é:

y x , t = 0,750   c m   s e n   p 250 s - 1 t + 0,400   c m - 1 x

Então, podemos comparar as duas e determinar que:

A = 0,75 0   c m

k = 0,4 00   r a d / c m

ω = 250   r a d / s

A amplitude A já identificamos, agora falta determinar comprimento de onda e a velocidade de propagação.

Vamos começar pelo comprimento de onda. A partir do número de onda, temos a seguinte fórmula:

k = 2 π λ

λ = 2 π k = 2 π 0,4 π

λ = 5   c m = 5 × 10 - 2 m

E a partir da frequência angular, podemos determinar f : ω = 2 π f

f = ω 2 π = 250 π 2 π = 125 H z

O inverso da frequência é o período:

T = 1 125 = 0,008 s

E agora por fim podemos determinar a velocidade de propagação: v = λ f

v = 5 × 10 - 2 * 125 = 6,25   m / s

Então temos:

A = 0,75 c m

T = 0,008 s

f = 125 H z

λ = 5 c m

v = 6,25 m / s

Passo 2

Vou deixar os desenhos por últimos, e vamos pular direto para a letra c)!

A onda está se deslocando no sentido negativo de x , ou seja, no sentido – x . Isso acontece pois a medida que t aumenta, para manter o argumento constante, temos que x deve ser negativo.

Passo 3

Letra d):

A tensão pode ser dada em função da velocidade de propagação e da densidade linear:

F = v 2 μ

Os valores de velocidade e densidade são respectivamente 6,25   m / s e 0,5   k g / m , então é só substituir:

F = 6,25 2 * 0,5 = 19,5 N

Passo 4

Letra e)

A potência média é dada pela seguinte expressão:

P = 1 2 μ F ω 2 A 2

E como temos todos esses valores, é só substituir (cuidado com as unidades! Todas devem estar no SI!):

P = 1 2 0,5 * 19,5 250 2 . 0,75 × 10 - 2 2

P = 54,2 W

Passo 5

Agora vamos voltar para a letra b).

Com a ajuda de um recurso gráfico vamos plotar o gráfico de y x , t = 0,75 c m s e n   250 π s - 1 t + 0,4 π c m - 1 x .

Fazendo para t = 0,0005   s primeiro, temos que:

E agora para t = 0,0010   s :

Resposta

a )   A = 0,75 c m

T = 0,008 s

f = 125 H z

λ = 5 c m

v = 6,25 m / s

b )  

c ) - x

d )   F = 19,5 N

e )     P = 54,2 W

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