UFU 2021-2 (demais cursos) — questão 24 de Física

Enunciado em texto
As ondas, independentemente de serem longitudinais ou transversais, podem apresentar interferência, revelando diferentes padrões. Abaixo estão representados dois tipos de ondas, uma transversal e a outra longitudinal.
[Figura: na linha de cima, duas ondas transversais iguais, cada uma num retângulo, com o comprimento de onda marcado e um sinal “+” entre elas; as duas começam com crista na borda esquerda e têm as cristas nas mesmas posições (estão em fase). Na linha de baixo, duas ondas longitudinais, desenhadas como faixas de pontos (compressões, pontos densos, alternando com rarefações, pontos esparsos), com o comprimento de onda marcado e um “+” entre elas; na segunda, as compressões aparecem deslocadas de cerca de meio comprimento de onda em relação à primeira, de modo que ficam onde a primeira tem rarefações.]
Quando tais ondas se encontram, o resultado obtido de sua superposição nas duas situações será, respectivamente,
A) [Figura: em cima, um retângulo com uma linha reta horizontal no meio (nenhuma oscilação); embaixo, um retângulo com pontos distribuídos uniformemente, sem compressões nem rarefações.]
B) [Figura: em cima, uma onda com o dobro de oscilações no mesmo espaço, com marcado, da mesma altura das originais; embaixo, uma onda longitudinal com as compressões mais próximas, com marcado.]
C) [Figura: em cima, uma onda transversal com marcado, num retângulo com cerca do dobro da altura dos originais (amplitude dobrada); embaixo, uma onda longitudinal com só duas compressões, bem afastadas, com a distância marcada entre elas.]
D) [Figura: em cima, uma onda transversal com marcado, num retângulo com cerca do dobro da altura dos originais (amplitude dobrada); embaixo, um retângulo com pontos distribuídos uniformemente, sem compressões nem rarefações.]
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2021-2 (demais cursos, prova de 21/08/2021), 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: o resultado da superposição em cada par: as duas transversais e as duas longitudinais.
Passo 1 — o princípio da superposição. Quando duas ondas ocupam o mesmo meio, o deslocamento resultante em cada ponto é a soma dos deslocamentos de cada uma. A superposição não muda o comprimento de onda (as duas têm o mesmo); muda a amplitude, conforme a diferença de fase.
Passo 2 — as transversais. As duas têm o mesmo e estão em fase: crista coincide com crista e vale com vale. A interferência é construtiva e a amplitude dobra:
Resultado: a mesma onda, com o mesmo e amplitude dobrada.
Passo 3 — as longitudinais. Agora as compressões de uma caem sobre as rarefações da outra: estão defasadas de meio comprimento de onda (em oposição de fase). Numa onda longitudinal, compressão é excesso de densidade e rarefação é falta; somando excesso com falta de mesmo tamanho, o meio fica com densidade uniforme:
Resultado: interferência destrutiva, pontos distribuídos por igual, sem onda.
Passo 4 — as alternativas. Construtiva em cima e destrutiva embaixo é a alternativa D.
Por que não as outras: A mostra destrutiva nas duas, mas as transversais estão em fase. B e C mudam o comprimento de onda ( ou ), o que a superposição de duas ondas de mesmo comprimento de onda não faz; C, além disso, deixa sobrar compressões no par em oposição.
⚠️ A armadilha: achar que “somar duas ondas” soma também os comprimentos de onda (alternativa C, com ) ou divide o comprimento de onda ao meio (alternativa B). O que se soma são os deslocamentos, ponto a ponto; o comprimento de onda continua o mesmo.
A ideia em uma frase: ondas iguais em fase dobram a amplitude; em oposição de fase se anulam; o comprimento de onda não muda.
Resposta: alternativa D (transversal com amplitude dobrada; longitudinal anulada, densidade uniforme).
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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