LISTA DE EXERCÍCIOS - 3 - FÍSICA GERAL
1. Uma onda estabelecida numa corda oscila com freqüência
de 500 Hz, de acordo com a figura abaixo.
A escala dbA corresponde à correção da escala decibel em
termos da percepção humana, que depende da frequência.
Essa correção é empregada nos decibelı́metros. Diversas
referências podem ser encontradas na rede, uma sugestão
é www.goo.gl/vgTLQT. A correção dBA é apresentada na
tabela abaixo para algumas frequências.
Hz
correção dBA
125
-15.5
250
-8.5
500
-3
1000
0
2000
+1
4000
+1
Exemplo: valor medido em dBIL na correção A, para um
som de 125 Hz deve ter o seu valor subtraı́do de 15.5 dB.
Por exemplo: 50dBIL equivale à 34.5dBA se corresponde
a 125 Hz, ou 51dBA se corresponde à 2000Hz.
a) Qual a amplitude dessa onda?
b) Com que velocidade a onda se propaga?
2. As figuras abaixo mostram duas configurações de uma
onda progressiva se propagando para a direita com um
intervalo de tempo igual a 0,5s entre elas.
a) Considere um amplificador consumindo 50W de
potência, que esteja produzindo uma frequência média
de 500Hz. Quantos dB ele produz de potência à 10m e
50m de distância? (considere a fonte isotrópica).
b) Sobre os resultados anteriores obtenha o valor corrigido
em dBA.
c) Esta situação está dentro do valor regulamentado às
19h em Zona Residencial? E às 24h?
Calcule o perı́odo, em s, e a velocidade da onda, em m/s.
3. Um estudo de sons emitidos por instrumentos musicais foi
realizado, usando um microfone ligado a um computador.
O gráfico a seguir, reproduzido da tela do monitor, registra o movimento do ar captado pelo microfone, em função
do tempo, medido em milissegundos, quando se toca uma
nota musical em um violino.
a) Qual a frequência da nota tocada no violino?
b) Se a velocidade do som no ar é de 340 m/s qual o comprimento de onda da nota tocada?
c) Qual o significado notado pelo ouvinte da forma da
onda do violino não ser senoidal (arredondada)?
6. Em um tubo de 20cm com as extremidades abertas foram
analisadas as frequencias estacionárias das ondas de som,
geradas em um tubo a partir de um tapa dado em uma de
suas extremidades. Um microfone foi introduzido dentro
do tupo e ligado a um software de análise das intensidades
de cada frequência, sendo obtida a seguinte curva espectral.
artigo do experimento:
http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol4/Num1/a10.pdf
4. Se a potência irradiada por uma fonte é 25W.
a) Qual é a intensidade a uma distância r = 2,5m da fonte?
(suponha a fonte isotrópica).
b) Qual o nı́vel sonoro correspondente em dBIL ?
5. O Programa de Silêncio Urbano (PSIU) da Prefeitura de
São Paulo estabelece os limites para a emissão sonora segundo a tabela abaixo.
Tipo de localidade
Zona Residencial
Zona Mista
Zona Industrial
horário
7 às 19 horas
19 às 7 horas
7 às 22 horas
22 às 7 horas
7 às 22 horas
22 às 7 horas
limite dBA
50 dB
45 db
65 dB
45 db
65 dB
55 db
a) Escreva a equação para as frequências de ressonância
das ondas neste experimento.
b) Determine a velocidade do som.
c) Qual seria a frequência fundamental em um tubo de
40cm?
d) Obtenha a expressão para as frequências produzidas
por um sopro na boca do tubo? Qual seria a frequência
dos 4 primeiros harmônicos?
7. No gráfico abaixo temos a imagem de duas ondas sonoras
superpostas que incidem sobre um receptor de áudio. No
gráfico acima as oscilações independentes, e no gráfico de
baixo o resultado da superposição.
11. No gráfico abaixo temos como varia o ı́ndice de refração
com o comprimento da onda que transita pelo material,
SiO2 (sı́lica, utilizada nas fibras óticas).
a) Qual a frequência de cada uma das ondas? (sugestão:
conte o número de oscilações completas em um dado
tempo e divida por ele, atenção para a escala do eixo
do tempo).
b) Comente o fenômeno apresentado no gráfico de baixo.
a) Qual o tipo de radiação compreendida por esse gráfico?
b) Qual o significado disso na transmissão de sinais no
interior das fibras?
12. Um sistema de antenas (transmissor/receptor) é representado no esquema abaixo, a distância que as separa é r.
8. Um rádio receptor opera em duas modalidades: uma, AM,
que cobre a faixa de freqüência de 600 kHz a 1500 kHz e
outra, FM, de 90 MHz a 120 MHz. Lembrando que 1 kHz
= 1 ×103 Hz e 1 MHz = 1 ×106 Hz e sabendo-se que
a velocidade de propagação das ondas de rádio é 3 × 108
m/s, calcule o menor e o maior comprimento de onda que
podem ser captados por este aparelho.
9. No gráfico abaixo temos os espectros (intensidade versus comprimento de onda, ”wavelength”) de diferentes lâmpadas ”brancas-- lâmpada incandescente (incandescent lamp), lâmpada fluorescente (fluorescent lamp)
e LED (light emitting diode).
A altura do espectro está ajustada para o máximo valor valer 1. fonte:
http://www.ledsmagazine.com/, artigo: Understand color science to maximize success with LEDs.
a) Identifique as cores dos picos mais altos na lâmpada
fluorescente.
b) Com base no gráfico explique porque a lâmpada incandescente é a menos eficiente.
O sinal tem sua potência dispersada em 3 dimensões. A
equação para a densidade de potência à uma distância r
é S = DT PT /4πr2 onde PT é a potência transmitida, DT
é um coeficiente para direcionalidade que para uma antena do tipo ”dipolo de meia onda”é 1,64. Um dipolo de
meia onda sem perdas, é alimentado com uma potência
de 100W. Calcule a densidade de potência radiada (em
W/m2 ) a 1 km de distância?
13. O sinal de televisão é transmitido através de antenas e
cabos, por ondas eletromagnéticas cuja velocidade no ar é
aproximadamente igual à da luz no vácuo.
a) Um tipo de antena usada na recepção do sinal é a ”logperiódica”, representada na figura abaixo, na qual o
comprimento das hastes metálicas de uma extremidade
à outra, L, é variável.
A maior eficiência de recepção é obtida quando L é
cerca de meio comprimento de onda da onda eletromagnética que transmite o sinal no ar L ≈ λ/2. Encontre a menor frequência que a antena ilustrada na
figura consegue sintonizar de forma eficiente, e marque
na figura a haste correspondente.
10. No diagrama abaixo temos representada a ”fibra ótica
multimodo”, a primeira fibra ótica desenvolvida para fins
práticos, é composta de apenas dois materiais. Determine
o ângulo crı́tico para uma fibra multimodo com ı́ndices de
refração do núcleo n1 = 1,500 e da casca n2 = 1, 485.
b) Cabos coaxiais são constituı́dos por dois condutores separados por um isolante de ı́ndice de refração n e constante dielétrica K, relacionados por K = n2 . A velocidade de uma onda eletromagnética no interior do cabo
é dada por v = c/n. Qual é o comprimento de onda de
uma onda de frequência f = 400M Hz que se propaga
num cabo cujo isolante é o polietileno, K = 2,25?