Exercícios: O som

Em um laboratório, suspende-se uma campainha elétrica dentro de uma campânula de vidro e vai-se retirando o ar aos poucos. A figura mostra a montagem do experimento.

1. a) Descreva o que se ouve à medida que o ar vai saindo.
2. b) O que este experimento demonstra sobre aquilo de que o som necessita para se propagar?
3. c) Por que dois astronautas na superfície da Lua se comunicam por rádio mesmo estando um ao lado do outro?

O som viaja pelo ar como uma sequência de zonas de ar comprimido e rarefeito que avançam desde a fonte até o ouvido. A figura representa essas zonas de compressão e rarefação.

1. a) O ar se desloca desde o alto-falante até o seu ouvido ou apenas oscila em torno da sua posição?
2. b) Considerando a direção em que o ar oscila em relação à direção em que a onda avança, o som é uma onda transversal ou longitudinal? Justifique.
3. c) Descreva como você modelaria isso com uma mola esticada sobre a mesa.

O alto-falante do ginásio esportivo está a $68\ \text{m}$ de onde você se encontra, como se mostra na figura.

Quanto tempo demora para o som chegar aos seus ouvidos? Dado: o som viaja no ar a $340\ \text{m/s}$.

Em um violão, a primeira corda (a mais fina) vibra a $330\ \text{Hz}$ solta e a sexta (a mais grossa) a $82,5\ \text{Hz}$.

1. a) Qual das duas cordas soa mais aguda?
2. b) De que grandeza da onda depende a altura (agudo ou grave) de um som?
3. c) Em que unidade se mede essa grandeza?

Duas pessoas tocam na mesma tecla de um piano, uma com muito mais força do que a outra.

1. a) Qual dos dois sons se ouve mais forte?
2. b) O volume de um som (forte ou fraco) é a qualidade chamada intensidade: de que grandeza da onda depende?
3. c) A altura da nota muda ao tocá-la com mais força? Justifique.

Um ouvido humano jovem e saudável percebe sons entre cerca de $20\ \text{Hz}$ e $20\,000\ \text{Hz}$. Indique se conseguimos ouvir cada um destes sons e dê o nome ao intervalo a que pertencem:

1. a) Um som de $15\ \text{Hz}$.
2. b) Um som de $440\ \text{Hz}$.
3. c) Um som de $25\,000\ \text{Hz}$.

Como se chamam os sons com frequência acima de $20\,000\ \text{Hz}$ e qual animal os utiliza para se orientar no escuro?

Um violino e uma flauta tocam a mesma nota, um lá de $440\ \text{Hz}$, e com o mesmo volume. A figura mostra a forma das ondas que cada instrumento produz.

1. a) Por que razão conseguimos, mesmo assim, distinguir que instrumento está tocando?
2. b) Como se chama essa qualidade do som? Explique em que diferem as ondas que cada instrumento produz.

Durante uma tempestade com trovoada, você vê o relâmpago e conta $4\ \text{s}$ até ouvir o trovão, como mostra a figura.

1. a) A que distância de você está a tempestade? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Por que você pode desprezar o tempo que a luz do relâmpago demora para chegar até você?

Você grita em frente à parede de uma quadra e ouve o eco $0,5\ \text{s}$ depois, como mostra a figura.

1. a) Explique que caminho o som percorreu desde que saiu da sua boca até você ouvi-lo.
2. b) Calcule a que distância está a parede. (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)

Um fogo de artifício explode a $1700\ \text{m}$ da sua casa. Quanto tempo você demora para ouvir o estrondo desde que vê o clarão? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)

O som viaja na água do mar a cerca de $1500\ \text{m/s}$. Dois golfinhos nadam separados por $3\ \text{km}$.

1. a) Quanto tempo o som de um leva para chegar ao outro através da água?
2. b) Quanto tempo levaria para percorrer essa mesma distância através do ar? (No ar, ele viaja a $340\ \text{m/s}$; apresente o resultado com uma casa decimal.)
3. c) Em qual dos dois meios o som se propaga mais rapidamente?

Um guia de montanha grita em direção à parede de um desfiladeiro que está a $170\ \text{m}$.

1. a) Qual é a distância total percorrida pelo som desde que o guia grita até ouvir o eco?
2. b) Quanto tempo levará para ele ouvir o eco? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)

Em uma cidade coexistem o trânsito, as obras, os bares com música ao ar livre e as sirenes das ambulâncias.

1. a) Explique o que se entende por poluição sonora.
2. b) Cite dois efeitos do ruído excessivo na saúde das pessoas.
3. c) Proponha uma medida para reduzir o ruído atuando na fonte e outra atuando no meio de propagação.

Um caminhante grita em frente a um penhasco rochoso distante e ouve o eco $3\ \text{s}$ depois.

1. a) A que distância está o penhasco? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Caminhe $170\ \text{m}$ em direção ao penhasco e grite novamente: quanto tempo demora agora o eco?
3. c) Explique por que o tempo diminuiu na mesma proporção que a distância.

O sonar de um navio envia um pulso de ultrassom em direção ao fundo do mar e o eco retorna $0,4\ \text{s}$ depois, como mostra a figura. O som viaja na água a $1500\ \text{m/s}$.

1. a) Qual é a profundidade sob o navio?
2. b) Por que o sonar usa ultrassons em vez de sons audíveis?
3. c) Se o navio navegar até uma região onde o fundo está a $600\ \text{m}$, quanto tempo o eco levará para retornar?

Existe uma regra prática para as tempestades: «a cada $3\ \text{s}$ entre o relâmpago e o trovão, $1\ \text{km}$ de distância».

1. a) Verifique a regra calculando que distância o som percorre em $3\ \text{s}$ ($v_{\text{som}} = 340\ \text{m/s}$).
2. b) Que erro a regra comete, em metros e em porcentagem? Parece aceitável para o uso diário?
3. c) A regra supõe que a luz chega instantaneamente: calcule quanto tempo a luz do relâmpago realmente demora para percorrer $1\ \text{km}$ ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) e justifique se a suposição é razoável.

Nos filmes de faroeste, os batedores encostam o ouvido no trilho do trem para saber se algum se aproxima. O som viaja no aço a $5000\ \text{m/s}$ e no ar a $340\ \text{m/s}$. Um trem distante apita a $1700\ \text{m}$ de distância. A figura mostra os dois caminhos pelos quais o som chega.

1. a) Quanto tempo o apito demora para chegar pelo ar?
2. b) Quanto tempo demora para chegar pelo trilho?
3. c) Com que avanço o som chega pelo trilho? Apresente o resultado com uma casa decimal.
4. d) Explique, pensando nas partículas de cada meio, por que o som se propaga muito mais rapidamente no aço do que no ar.

Dois alunos querem medir a velocidade do som ao ar livre. Eles se posicionam a $255\ \text{m}$ um do outro: um bate em um bumbo e o outro cronometra $0,75\ \text{s}$ desde que vê a batida até ouvir o som.

1. a) Calcule a velocidade do som obtida pelos alunos.
2. b) Por que o segundo aluno inicia o cronômetro ao ver a batida e não precisa saber o instante exato em que ela ocorreu?
3. c) Indique duas fontes de erro dessa medição e uma forma de melhorar o experimento.

Uma família mora em um apartamento junto a uma avenida muito movimentada e sofre com o ruído do trânsito também durante a noite.

1. a) Proponha uma medida para reduzir o ruído atuando na fonte, outra no meio de propagação e outra no receptor, justificando fisicamente cada uma.
2. b) Explique por que uma janela com vidro duplo e câmara de ar isola melhor o ruído do que um vidro simples.
3. c) Dentro de casa, cortinas grossas, tapetes e estantes cheias de livros reduzem o ruído: o que esses materiais fazem com o som em vez de refleti-lo?