PUC-PR 2023 (inverno, Medicina) — questão 41 de Física
Enunciado em texto
Diversos animais, como morcegos, baleias e golfinhos, utilizam-se da chamada ecolocalização: o animal emite uma onda sonora que, após ser refletida num obstáculo (que pode ser uma presa, por exemplo), retorna e é captada novamente por ele. Com base no intervalo de tempo entre emissão e recepção, bem como na frequência da onda sonora captada pelo animal, que pode ser diferente da que foi emitida, ele pode obter informações acerca da distância e da velocidade do obstáculo. Considere um golfinho que se aproxima diretamente, com velocidade constante, de uma montanha submarina. Quando está a 1500 m da montanha, o golfinho emite um estalido, de frequência 100 kHz e comprimento de onda 15 mm na água, e continua a deslocar-se com a mesma velocidade. A respeito do descrito, é CORRETO afirmar:
(A) A frequência da onda sonora captada pelo golfinho após ser refletida no obstáculo é igual a 100 kHz, e o intervalo de tempo entre emissão e recepção da onda é igual 2 s.
(B) A frequência da onda sonora captada pelo golfinho após ser refletida no obstáculo é maior do que 100 kHz, e o intervalo de tempo entre emissão e recepção da onda é menor do que 2 s.
(C) A frequência da onda sonora captada pelo golfinho após ser refletida no obstáculo é menor do que 100 kHz, e o intervalo de tempo entre emissão e recepção da onda é maior do que 2 s.
(D) A frequência da onda sonora captada pelo golfinho após ser refletida no obstáculo é maior do que 100 kHz, e o intervalo de tempo entre emissão e recepção da onda é igual 2 s.
(E) A frequência da onda sonora captada pelo golfinho após ser refletida no obstáculo é igual 100 kHz, e o intervalo de tempo entre emissão e recepção da onda é menor do que 2 s.
(Enunciado: Vestibular PUCPR 2023 (Inverno), Medicina — PUCPR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR).
Resolução comentada
O que a questão pede: comparar a frequência do eco com 100 kHz e o tempo até o eco com 2 s.
Passo 1 — a velocidade do som na água. Pela equação da onda:
Passo 2 — o tempo. Se o golfinho ficasse parado, o som iria 1500 m e voltaria 1500 m: 3000 m a 1500 m/s, exatamente 2 s. Mas o golfinho continua nadando em direção à montanha, ao encontro do eco: o som de volta percorre menos que 1500 m até alcançá-lo. O tempo é menor que 2 s.
Passo 3 — a frequência (Doppler). Há dois efeitos, e os dois aumentam a frequência: (1) o golfinho é uma fonte que se aproxima da montanha, então as ondas chegam à montanha mais “apertadas”, com frequência maior; (2) a montanha reflete essa onda, e o golfinho agora é um observador que se aproxima da fonte (a montanha), recebendo as frentes de onda com frequência ainda maior. O eco chega com frequência maior que 100 kHz.
Maior que 100 kHz e menos de 2 s: alternativa (B).
⚠️ A armadilha: pensar que reflexão num obstáculo parado não altera a frequência (alternativas A e E). O obstáculo está parado, mas o golfinho, que é a fonte e o receptor, está se movendo em direção a ele; isso basta para haver Doppler.
A ideia em uma frase: quem se aproxima do obstáculo ouve o eco mais agudo e mais cedo do que se estivesse parado.
Resposta: alternativa B (frequência maior que 100 kHz e tempo menor que 2 s).
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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