Preparando-se para o ENEM

Refração da luz e refração do som

Ao passar do ar para água a velocidade de propagação da luz diminui e, para incidência oblíqua, a luz se aproxima da normal (figura a). Já o som, ao passar do ar para a água, tem a velocidade de propagação aumentada e, para incidência oblíqua, afasta-se da normal (figura b).

Com base no texto acima e com seus conhecimentos relativos ao estudo de Ondas analise a questão seguinte:

Questão 1:
Um alto falante emite ondas sonoras com frequência constante, que incidem na superfície da água tranquila de um lago. A figura mostra o raio incidente e dois possíveis raios refratados na água. A velocidade de propagação do som no ar é 340xm/s e na água 1500 m/s.

Pode-se afirmar que:

I) O raio 1 pode representar o raio refratado.
II) O raio 2 pode representar o raio refratado
III) A frequência da onda sonora que se propaga na água é maior do que a frequência da onda sonora que se propaga no ar.
IV) O comprimento de onda do som que se propaga no ar é menor do que o comprimento de onda do som que se propaga na água.

São corretas: as afirmações:

a) Apenas a afirmação I)
b) Apenas as afirmações II) e III)
c) Apenas as afirmações II) e IV)
d) Apenas as afirmações II), III) e IV)
e) Todas as afirmações são corretas.

Resolução:

I) Incorreta.
II) Correta.
O som, ao passar do ar para a água, tem a velocidade de propagação aumentada e, para incidência oblíqua, afasta-se da normal.
III) Incorreta.
A  frequência da onda é a frequência da fonte que a emite. Portanto, a frequência não varia.
IV) Correta.

v_ar = λ_ar.f e v_água = λ_água.f
Sendo v_ar < v_água, vem: λ_ar < λ_água
 
Resposta: c

Questão 2:
Sobre a velocidade de propagação do som no ar podemos afirmar que:

a) A temperatura do ar não influi na velocidade de propagação do som.
b) Quanto mais quente estiver o ar maior é a velocidade de propagação do som pois aumenta o número de colisões das partículas dos gases que constituem o ar.
c) O grau de umidade do ar não influi na velocidade de propagação do som
d) Quanto maior o grau de umidade do ar maior é a concentração de moléculas de água o que dificulta a transmissão do estado de vibração das partículas do meio.
e) A velocidade do vento não interfere na velocidade de propagação do som no ar.

Resolução:

Quanto mais quente estiver o ar maior é o número de colisões das partículas dos gases que constituem o ar e portanto, maior é a velocidade de propagação da onda sonora.
Quanto maior o grau de umidade do ar maior é o número de partículas presentes, o que facilita a transmissão da energia de vibração e, consequentemente, da velocidade de propagação do som.
A velocidade do vento interfere na velocidade de propagação do som por mudar a concentração de partículas numa dada região.

Resposta : b

Questão 3:
Assinale as afirmações corretas:

I) Num dia de calor o ar próximo ao solo está mais quente do que o ar de camadas superiores. O som emitido por uma fonte próxima ao solo se refrata gradativamente, de modo que as ondas sonoras curvam para cima. Num local aberto, diminui a sensação auditiva de uma pessoa situada a certa distância da fonte emissora.
II) Num dia de baixas temperaturas o ar próximo ao solo está mais frio do que o ar de camadas superiores. O som produzido se refrata gradativamente, de modo que as ondas sonoras curvam para baixo. Num local aberto aumenta a sensação auditiva de uma pessoa situada a certa distância da fonte emissora.
III) A velocidade de propagação do som no ar independe da temperatura do ar.
IV) A velocidade de propagação do som no ar quente é menor do que no ar frio.
 
São corretas: as afirmações:
 
a) Apenas a afirmação I)
b) Apenas as afirmações I) e II)
c) Apenas as afirmações III) e IV)
d) Apenas as afirmações II), III) e IV)
e) Todas as afirmações são corretas.
 
Resolução:
 
I) Correta.
Num dia de calor o ar próximo ao solo está mais quente do que o ar de camadas superiores. A velocidade de propagação do som no ar quente é maior do que no ar frio.
O som produzido se refrata gradativamente, de modo que as ondas sonoras curvam para cima. Num local aberto, diminui a sensação auditiva de uma pessoa situada a certa distância da fonte emissora.

II) Correta.
Num dia de baixas temperaturas o ar próximo ao solo está mais frio do que o ar de camadas superiores. A velocidade de propagação do som no ar quente é maior do que no ar frio. O som produzido se refrata gradativamente, de modo que as ondas sonoras curvam para baixo. Num local aberto aumenta a sensação auditiva de uma pessoa situada a certa distância da fonte emissora.

III) e IV) Incorretas.
 
Resposta: b
 
Questão 4:
Quando inteiramente imersos na água de uma piscina, temos dificuldade em ouvir o que uma outra pessoa, fora da água, está falando. Isso ocorre por que:

a) o som não se propaga na água
b) a velocidade do som na água é maior do que a velocidade do som no ar
c) A refração do som ao passar do ar para a água não é o fenômeno predominante.
d) Ao incidir na superfície da água a onda sonora sempre reflete totalmente.
e) Ao passar do ar para a água a frequência da onda sonora aumenta  tornando-se inaudível para o ouvido humano.

Resolução:

Quando uma onda se propaga num meio e incide na superfície de separação com outro meio, ocorrem simultaneamente, com a maior ou menor intensidade, os fenômenos: reflexão regular, reflexão difusa, refração regular, refração difusa absorção. A refração do som ao passar do ar para a água não é o fenômeno predominante.
Quando o som se propaga no ar e incide na superfície da água, pode ocorrer reflexão total. Vamos determinar o ângulo limite L. Para isso, utilizamos os valores das velocidades fornecidos no exercício 1:

sen L = v_ar/v_água = 340/1500 ≅ 0,227

Por meio de uma calculadora científica ou de uma tabela temos para o ângulo L:

L ≅ 13,1°

Portanto, quando o ângulo de incidência supera 13,1° temos reflexão total. Note que o ângulo limite é relativamente pequeno. Se a fonte sonora no ar estiver mais próxima da vertical em que se encontra a pessoa dentro da água não teremos reflexão total.
 
Resposta: c

Questão 5:
(UFMG)
A figura mostra um feixe de luz que passa do vidro para a água.

Com relação a essa situação, é correto afirmar que:

a) a frequência da luz é maior no vidro do que na água.
b) a velocidade da luz no vidro é maior do que na água.
c) o comprimento de onda da luz no vidro é menor do que na água.
d) o índice de refração do vidro é menor do que o índice de refração da água.

Resolução:

a) Incorreta.
A frequência da onda é a frequência da fonte que a emite. Portanto, a frequência não varia.
b) Incorreta.
O raio de luz no vidro está mais próximo da normal. Portanto, o índice de refração do vidro é maior do que o da água e portanto menor é a velocidade de propagação da luz no vidro.
c) Correta.

v_vidro = λ_vidro.f e v_água = λ_água.f
Sendo v_vdro < v_água, vem: λ_vidro < λ_água 

d) Incorreta.

Resposta: c