FMABC 2022 — questão 57 de Física

Gabarito COndas — onda estacionária em corda (três fusos) e frequênciaMedicina · Prova de Conhecimentos Gerais · Versão 1
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 57 de Física do FMABC 2022

Enunciado em texto

Um músico produz uma onda estacionária ao tocar a corda de uma guitarra, cujo braço possui tamanho L. Na figura, está representado um instante dessa onda na corda.

[Figura: uma corda presa entre duas barras verticais, separadas pela distância L (seta dupla horizontal embaixo). A forma da corda, sobre uma linha tracejada horizontal: começa na extremidade esquerda, sobe numa crista, desce cruzando a linha tracejada, faz um vale, sobe cruzando de novo e faz outra crista, terminando na extremidade direita. São três “meias ondas” (crista, vale, crista) entre as duas pontas fixas.]

Sabe-se que a velocidade de propagação da onda depende da tração na corda (T) e da sua densidade linear (μ), tal que v=Tμv = \sqrt{\frac{T}{\mu}}. Dessa forma, a frequência produzida pela onda estacionária é igual a

(A) 2L3μT\frac{2L}{3}\sqrt{\frac{\mu}{T}}

(B) 23LμT\frac{2}{3L}\sqrt{\frac{\mu}{T}}

(C) 32LTμ\frac{3}{2L}\sqrt{\frac{T}{\mu}}

(D) 3L2Tμ\frac{3L}{2}\sqrt{\frac{T}{\mu}}

(E) L3Tμ\frac{L}{3}\sqrt{\frac{T}{\mu}}

(Enunciado e figura: Vestibular FMABC 2022, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — FMABC/Vunesp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário FMABC e à Fundação VUNESP.

Resolução comentada

O que a questão pede: a frequência da onda estacionária desenhada, em função de L, T e μ.

Passo 1 — contar os fusos. Cada “barriga” entre dois nós (uma crista ou um vale) é um fuso e corresponde a meio comprimento de onda. Na figura há três: crista, vale, crista. Então:

L=3⋅λ2  ⇒  λ=2L3L = 3 \cdot \frac{\lambda}{2} \;\Rightarrow\; \lambda = \frac{2L}{3}

Passo 2 — a frequência. Para qualquer onda, v=λfv = \lambda f, ou seja, f=v/λf = v/\lambda:

f=vλ=32L vf = \frac{v}{\lambda} = \frac{3}{2L}\,v

f=32LTμf = \frac{3}{2L}\sqrt{\frac{T}{\mu}}

Conferindo pelas unidades: frequência tem de dar 1/s. T/μ\sqrt{T/\mu} é uma velocidade (m/s); dividida por um comprimento, dá 1/s. Só a C tem essa forma. Nas A e B aparece μ/T\sqrt{\mu/T}, que é o inverso de uma velocidade (s/m); nas D e E a velocidade é multiplicada por L, o que dá m²/s.

⚠️ A armadilha: contar cada crista ou vale como um comprimento de onda inteiro. Aí λ=L/3\lambda = L/3 e f=3LT/μf = \frac{3}{L}\sqrt{T/\mu}, que não está entre as alternativas. Um comprimento de onda completo é uma crista mais um vale.

A ideia em uma frase: em corda presa nas pontas, cada fuso vale meio comprimento de onda; conte os fusos, ache λ e use f=v/λf = v/\lambda.

Resposta: alternativa C (32LTμ\frac{3}{2L}\sqrt{\frac{T}{\mu}}).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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