FisicaNet - Prof. Alberto Ricardo Prass
QUESTÕES RESOLVIDAS
QUESTÕES RESOLVIDAS
Questão 49

Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante \(f_A\). O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância. O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo \(f_o(t)\), antes e depois da passagem da ambulância por ele.

Ilustração das frentes de onda da ambulância em aproximação e afastamento de um observador.

Qual esboço gráfico representa a frequência \(f_o(t)\) detectada pelo observador?

Alternativas
A) Alternativa A
B) Alternativa B
C) Alternativa C
D) Alternativa D Correta
E) Alternativa E
Resolução Comentada

A situação descrita é um exemplo do efeito Doppler. A ambulância emite uma sirene com frequência constante \(f_A\), mas o observador, que está em repouso, percebe uma frequência diferente devido ao movimento da fonte sonora.

1. Quando a ambulância se aproxima

Enquanto a ambulância se aproxima do observador, as frentes de onda sonoras ficam mais próximas umas das outras na direção do observador. Isso significa que o comprimento de onda recebido é menor.

Como a velocidade de propagação do som no meio permanece constante, a relação entre velocidade, frequência e comprimento de onda é:

\[ v = f \lambda \]

Portanto, se o comprimento de onda \(\lambda\) diminui, a frequência detectada \(f(t)\) aumenta:

\[ f(t) > f_A \]

Assim, antes de a ambulância passar pelo observador, a frequência detectada é maior que a frequência emitida pela sirene.

2. Quando a ambulância passa pelo observador

No instante em que a ambulância passa pelo observador, ocorre a transição entre dois movimentos relativos: antes da passagem, a fonte se aproxima; depois da passagem, a fonte se afasta.

Consequentemente, a frequência detectada passa de valores superiores a \(f_A\) para valores inferiores a \(f_A\).

3. Quando a ambulância se afasta

Depois de passar pelo observador, a ambulância começa a se afastar. Nesse caso, as frentes de onda chegam ao observador mais espaçadas, aumentando o comprimento de onda recebido.

Como a velocidade do som permanece constante, o aumento do comprimento de onda provoca uma diminuição da frequência detectada:

\[ f(t) < f_A \]

Portanto, depois da passagem da ambulância, a frequência percebida pelo observador é menor que a frequência emitida.

4. Análise do gráfico

O gráfico correto deve apresentar a seguinte sequência:

\[ \text{aproximação} \;\Rightarrow\; f(t) > f_A \] \[ \text{afastamento} \;\Rightarrow\; f(t) < f_A \]

Portanto, a curva deve começar acima da linha de referência \(f_A\), diminuir durante a passagem da ambulância, cruzar essa linha e terminar abaixo de \(f_A\).

Entre os gráficos apresentados, esse comportamento é representado pela alternativa D.

5. Por que a alternativa D é a correta?

Na alternativa D, a frequência inicialmente apresenta um valor superior a \(f_A\), o que corresponde à aproximação da ambulância. Em seguida, a curva diminui, atravessa o valor \(f_A\) e termina em um valor inferior a \(f_A\), correspondendo ao afastamento.

Esse é exatamente o comportamento esperado para o efeito Doppler produzido por uma fonte que se desloca em movimento retilíneo uniforme, passando diante de um observador em repouso.

Resposta: alternativa D.

6. Síntese física

A frequência própria da sirene permanece constante. O que muda é a frequência detectada pelo observador, devido ao movimento relativo entre a fonte e o observador.

\[ f(t) > f_A \]

antes da passagem

\[ f(t) < f_A \]

depois da passagem

Logo, o gráfico deve mostrar uma frequência inicialmente maior que \(f_A\), seguida de uma redução para valores menores que \(f_A\). Portanto, a resposta é D.