UNICAMP 2004 (2ª fase) — questão 12 de Física

Enunciado em texto
Utilize sempre que necessário na resolução dos problemas.
Uma das formas de se controlar misturas de gases de maneira rápida, sem precisar retirar amostras, é medir a variação da velocidade do som no interior desses gases. Uma onda sonora com freqüência de 800 kHz é enviada de um emissor a um receptor ( vide esquema ), sendo então medida eletronicamente sua velocidade de propagação em uma mistura gasosa. O gráfico abaixo apresenta a velocidade do som para uma mistura de argônio e nitrogênio em função da fração molar de Ar em N.
(Esquema: um tubo horizontal; à esquerda, um emissor envia uma onda (linha ondulada com seta para a direita) através do gás; à direita, um receptor recebe a onda.)
(Gráfico: velocidade do som (m/s), de 315 a 350, no eixo vertical, contra a fração molar de Ar em N (%), de 0 a 100, no eixo horizontal. Os pontos descem de cerca de 346 m/s, perto de 0%, até cerca de 314 m/s, perto de 100%. Em torno de 60%, a velocidade é de cerca de 325 m/s.)
a) Qual o comprimento de onda da onda sonora no N puro?
b) Qual o tempo para a onda sonora atravessar um tubo de 10 cm de comprimento contendo uma mistura com uma fração molar de Ar de 60% ?
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2004, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) o comprimento de onda do som de 800 kHz no nitrogênio puro; (b) quanto tempo o som leva para atravessar 10 cm da mistura com 60% de argônio.
Item (a) — ler o gráfico em 0%. Nitrogênio puro é fração de argônio zero: pelo gráfico, a velocidade é de cerca de 346 m/s. A frequência é Hz. Da equação fundamental da onda, :
Item (b) — ler o gráfico em 60%. Para 60% de argônio, a velocidade é de cerca de 325 m/s. O som anda com velocidade constante no tubo de m:
Pequenas diferenças na leitura do gráfico (345 ou 347 m/s, 324 ou 326 m/s) não mudam esses resultados com dois algarismos.
⚠️ A armadilha: usar 800 Hz em vez de 800 kHz: o comprimento de onda sai 0,43 m, mil vezes maior. Outra é ler a fração de 60% no ponto errado do gráfico.
A ideia em uma frase: o gráfico dá a velocidade; com ela, λ = v/f e o tempo é distância sobre velocidade.
Resposta: (a) m; (b) 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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